Парогазова установка

Реферат: Об'єктом винаходу є парогазова установка, що може бути використана для виробництва теплової та електричної енергії. Парогазова установка містить газотурбінну установку, котел-утилізатор, паротурбінну установку, скидний газохід, димову трубу, з'єднувальні трубопроводи, зовнішній газохід, підключені до зовнішнього газоходу пальниковий пристрій і пароперегрівач. Котел-утилізатор і пароперегрівач містять модулі поверхонь нагріву пароводяного контуру паротурбінної установки. Зовнішній газохід виконаний у вигляді рециркуляційного контуру, обладнаного вентилятором. Вхід зовнішнього газоходу під'єднаний до котла-утилізатора в зоні розміщення модулів поверхонь нагріву, а вихід виведений перед зоною розміщення модулів поверхонь нагріву котла-утилізатора. Технічним результатом є підвищення ефективності використання теплоти газоподібних продуктів згоряння, підвищення ККД установки. UA 103136 C2 (12) UA 103136 C2 UA 103136 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Винахід стосується сфери виробництва теплової та електричної енергії, а саме виробництва теплової та електричної енергії на базі установок, що працюють за бінарним циклом при комбінованому використанні газотурбінних установок і паротурбінних установок. Відома парогазова установка утилізаційного типу, яка містить газотурбінну установку, що складається з компресора, газової турбіни та генератора, розташованих на одному валу, камери згорання, розміщеної між компресором і газовою турбіною, а також паротурбінної установки, що складається з парової турбіни та генератора, розташованих на одному валу, системи регенерації, конденсатора, конденсатних і живильних насосів, деаератора і з'єднувальних трубопроводів, котла-утилізатора, розташованого на газоході за газовою турбіною, який по воді і пару трубопроводами сполучений з паротурбінною установкою (патент США № 4466241, МПК F02С6/18, дата публікації 21.08.1984). Основним недоліком такої установки є те, що температура продуктів згоряння за газовою турбіною не дозволяє отримувати в котлі-утилізаторі пару з необхідною для традиційних паротурбінних установок температурою 535-565 °C. Пара у відомій установці має температуру перед турбіною 500-520 °C. Робота турбіни зі зниженою температурою пари зменшує економічність паротурбінної установки і ефективність всієї парогазової установки в цілому. Найближчим аналогом винаходу, що заявляється, є відома парогазова установка, що містить газотурбінну установку, з'єднаний з нею по газовому тракту перехідним газоходом котел-утилізатор, паротурбінну установку, сполучену трубопроводами пари і води з котломутилізатором, яка має з ним спільний пароводяний контур, скидний газохід, димову трубу, з'єднувальні трубопроводи, зовнішній газохід, підключені до зовнішнього газоходу пальниковий пристрій і пароперегрівач, причому котел-утилізатор і пароперегрівач містять модулі поверхонь нагріву пароводяного контуру паротурбінної установки (патент Росії № 2078229, МПК F02С6/18, дата публікації 27.04.1997). Вхід зовнішнього газоходу з'єднаний через шибер з перехідним газоходом парогазової установки, а вихід - зі скидним газоходом. Основним недоліком відомої парогазової установки є недостатня ефективність використання теплоти газоподібних продуктів згоряння, що проходять зовнішнім газоходом при відсутності теплового навантаження із мережною водою. В цій установці внаслідок з'єднання виходу зовнішнього газоходу зі скидним газоходом, продукти згоряння із зовнішнього газоходу надходять в скидний газохід, змішуються з продуктами згоряння, які пройшли котел-утилізатор, підвищуючи температуру останніх, і далі виводяться в димову трубу. У свою чергу, підвищення температури продуктів згоряння, які виводяться з установки призводить до зниження ККД парогазової установки в цілому. Крім того, відома парогазова установка характеризується низкою конструктивних недоліків, зокрема, складністю регулювання витоку вихідних газів, складністю виготовлення і експлуатації регулювального шибера, що при високій температурі газів зменшує надійність установки, підвищеним аеродинамічним опором газового тракту, що знижує потужність та ККД газової турбіни та парогазової установки в цілому. Задачею винаходу є підвищення ККД парогазової установки за рахунок більш раціонального і повного використання теплоти газоподібних продуктів згоряння, що утворюються при спалюванні палива Поставлена задача вирішується тим, що у відомій парогазовій установці, що містить газотурбінну установку, з'єднаний з нею по газовому тракту перехідним газоходом котелутилізатор, паротурбінну установку, сполучену трубопроводами пари і води з котломутилізатором, яка має з ним спільний пароводяний контур, скидний газохід, димову трубу, з'єднувальні трубопроводи, зовнішній газохід, підключені до зовнішнього газоходу пальниковий пристрій і пароперегрівач, причому котел-утилізатор і пароперегрівач містять модулі поверхонь нагріву пароводяного контуру паротурбінної установки, згідно з запропонованим технічним рішенням, зовнішній газохід виконаний у вигляді рециркуляційного контуру, обладнаного вентилятором, при цьому вхід зовнішнього газоходу під'єднаний до котла-утилізатора в зоні розміщення модулів поверхонь нагріву, а вихід виведений перед зоною розміщення модулів поверхонь нагріву котла-утилізатора. Можливе виконання установки, в якій вихід зовнішнього газоходу під'єднаний до котлаутилізатора. Можливе виконання установки, в якій вихід зовнішнього газоходу під'єднаний до перехідного газоходу. Можливе виконання установки, обладнаної паротурбінною установкою низького тиску з власним пароводяним контуром одного чи більше тисків. Можливе виконання установки, в якій пароводяні контури обох паротурбінних установок виконані із можливістю сполучення між собою. 1 UA 103136 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Можливе виконання установки, обладнаної контуром проміжного перегріву пари, а котелутилізатор і пароперегрівач містять додаткові модулі поверхонь нагріву, що входять до складу вказаного контуру. Можливе виконання установки, обладнаної системою регенеративного підігріву конденсату й живильної води парою від відборів турбіни. Можливе виконання установки, в якій вхід зовнішнього газоходу обладнаний повітронагрівачем, виконаним з можливістю використання теплоти продуктів згоряння від пальникового пристрою пароперегрівача. Можливе виконання установки, в якій зовнішній газохід обладнаний пристроєм введення в нього кисню. Можливе виконання установки, в якій зовнішній газохід обладнаний пристроєм введення в нього збагаченого киснем повітря. Можливе виконання установки, в якій зовнішній газохід обладнаний пристроєм введення в нього атмосферного повітря. Технічним результатом є підвищення ефективності використання теплоти газоподібних продуктів згоряння, що стає можливим за рахунок спрямування частини продуктів згоряння з котла-утилізатора у зовнішній газохід і подальшого їх використання для підігріву пари в пароперегрівачі. Облаштування парогазової установки паротурбінною установкою низького тиску з власним пароводяним контуром дозволяє додатково збільшити кількість електричної енергії, що виробляється, а оснащення пароперегрівача додатковими модулями поверхонь нагріву дозволяє ще більш ефективно використовувати теплоту газоподібних продуктів згоряння. Виконання пароводяних контурів обох паротурбінних установок з можливістю сполучення між собою дозволяє більш гнучко змінювати режим роботи парогазової установки залежно від зовнішніх умов. Встановлення повітронагрівача у зовнішньому газоході дозволяє знизити використання палива в пальниковому пристрої пароперегрівача і знизити температуру продуктів згоряння, що виходять із зовнішнього газоходу, до рівня температури продуктів згоряння після газової турбіни перед котлом-утилізатором для забезпечення рівномірності поля температур. Стає можливим зменшення аеродинамічного опору газового тракту парогазової установки за рахунок вилучення зі складу установки регулювального шибера й збільшення таким чином електричної потужності газової турбіни, тобто електричної потужності і ККД парогазової установки в цілому. Оснащення установки системою регенеративного підігріву конденсату й живильної води парою від відборів турбіни дозволяє більш ефективно використовувати теплоту пари в турбіні. Оснащення зовнішнього газоходу пристроєм введення в нього кисню, збагаченого киснем повітря чи атмосферного повітря дозволяє забезпечити роботу пальникового пристрою при низькому вмісті кисню в продуктах згоряння, що відбираються з котла-утилізатора. На кресленні наведена парогазова установка, що заявляється. Парогазова установка має повітрозабірний пристрій 1, сполучений повітропроводом з газотурбінною установкою 2, яка по газовому тракту сполучена перехідним газоходом 3 з котлом-утилізатором 10 і скидним газоходом 9 з димовою трубою 11. Парогазова установка обладнана пальниковим пристроєм 6 і пароперегрівачем 7, встановленими на зовнішньому газоході, виконаному у вигляді рециркуляційного контуру, що включає вентилятор 5, повітронагрівач 43, газоходи 44, 45, 17, 18, 19. Вхідний газохід 18 рециркуляційного контуру приєднаний до котла-утилізатора 10 в зоні розміщення модулів поверхонь нагріву, розташованих усередині котла-утилізатора 10. Вхідний газохід 18 може бути обладнаний пристроєм введення в нього кисню, збагаченого киснем повітря або атмосферного повітря (на кресленні не показаний). Вихідний газохід 45 рециркуляційного контуру приєднаний до котлаутилізатора 10 перед зоною розміщення модулів поверхонь нагріву в ньому. Можливе підключення газоходу 45 до перехідного газоходу 3 на ділянці між газотурбінної установкою 2 і котлом утилізатором 10. Парогазова установка містить паротурбінну установку високого тиску 13, яка має спільний з котлом-утилізатором 10 пароводяний контур, що складається з конденсатопроводу 14, регенеративного підігрівача конденсату 41, регенеративного підігрівача живильної води 42, живильного насосу 28, трубопроводу живильної води 26, модулів поверхонь нагріву 35, 38, 39 в котлі-утилізаторі 10, трубопроводу 15, модулів поверхонь нагріву 32 в пароперегрівачі 7, трубопроводу 16. Паротурбінна установка високого тиску 13 також має контур проміжного перегріву пари, що складається з трубопроводу 21, модулів поверхонь нагріву 36 в котліутилізаторі 10, трубопроводу 22, модулів поверхонь нагріву 33 в пароперегрівачі 7, 2 UA 103136 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 трубопроводу 23. Трубопроводи живильної води оснащені запірною арматурою 31 і 29. В свою чергу підігрівачі 41 і 42 разом із трубопроводами, що сполучають їх з турбіною паротурбінної установки 13, утворюють систему регенеративного підігріву конденсату й живильної води парою від відборів турбіни. Парогазова установка містить паротурбінну установку низького тиску 20 з пароводяним контуром низького тиску, що складається з трубопроводу 27, модулів поверхонь нагріву 37, 25, 12 в котлі-утилізаторі 10, трубопроводу 30. Пароводяні контури високого і низького тиску сполучені між собою трубопроводом 24 зі встановленою на ній запірною арматурою 40. Трубопровід 14, у свою чергу, обладнаний запірною арматурою 34. Пароводяні контури високого і низького тиску мають спільну деаераторну установку 8, суміщену з барабаном низького тиску 4 котла-утилізатора 10. Можлива установка окремого деаератора, не суміщеного з барабаном низького тиску 4. Запропонована парогазова установка працює наступним чином. Атмосферне повітря через повітрозабірний пристрій 1 подають на вхід компресора газотурбінної установки 2, з якої після спалювання палива і здійснення корисної роботи гарячі газоподібні продукти згоряння подають газоходом 3 в котел-утилізатор 10, з якого після віддачі тепла на виробництво пари продукти згоряння з температурою 80-100 °C скидають газоходом 9 в димову трубу 11. Вироблену в котлі-утилізаторі 10 перегріту пару високого тиску подають в пароводяний контур високого тиску трубопроводом 15, з якого вона надходить в пароперегрівач 7, оснащений пальниковим пристроєм 6. В ньому за рахунок спалювання додаткового палива і за допомогою модулів поверхонь нагріву 32 здійснюють перегрів пари до температури 540570 °C. Потім перегріту пару трубопроводом 16 подають в паротурбінну установку високого тиску 13. Після часткового спрацьовування і здійснення корисної роботи в паротурбінній установці 13 пару подають в контур проміжного перегріву трубопроводом 21 до модулів поверхонь нагріву 36 в котлі-утилізаторі 10. Потім трубопроводом 22 пару подають на додатковий перегрів за допомогою модулів поверхонь нагріву 33 в пароперегрівач 7. Далі перегріта пара трубопроводом 23 повертається в паротурбінну установку 13, а після здійснення корисної роботи через деаератор 8, суміщений з барабаном низького тиску 4, насосом 28 у вигляді живильної води повертається трубопроводами 14 і 26 в котел-утилізатор 10 для чергового виробництва пари за допомогою модулів поверхонь нагріву 35, 38, 39. За допомогою запірної арматури 31 і 29 може бути відключений або включений регенеративний підігрівач живильної води 42 парою від відборів турбіни, а за допомогою запірної арматури 40 і 34, відповідно, відключається або включається регенеративний підігрівач конденсату 41. Використання підігрівачів 41, 42 додатково сприяє підвищенню ККД паротурбінної установки. В пароводяний контур низького тиску паротурбінної установки 20 нагріту за допомогою модулів поверхонь нагріву 37 котла-утилізатора 10 пару трубопроводом 30 подають в паротурбінну установку низького тиску 20. Потім, після здійснення корисної роботи пару у вигляді живильної води трубопроводом 27 знов подають для нагрівання в котел-утилізатор 10. Газоподібні продукти згоряння, що утворюються в пальниковому пристрої 6, віддають частину свого тепла модулям поверхонь нагріву 32, 33 в пароперегрівачі 7. Потім продукти згоряння газоходом 19 подають у повітронагрівач 43, де вони також віддають частину тепла для підігріву газів, всмоктуваних вентилятором 5, і далі газоходом 45 надходять в котел утилізатор 10 перед зоною розміщення модулів поверхонь нагріву в ньому, або можуть бути подані в перехідний газохід 3, у разі підключення газоходу 45 до нього. Далі продукти згоряння в котліутилізаторі 10 віддають тепло модулям поверхонь нагріву 35, 36 пароводяного контуру високого тиску. Гарячі продукти згоряння, що мають достатню кількість кисню, газоходом 18 з котлаутилізатора 10 всмоктують вентилятором 5 і подають газоходом 44 для підігріву в повітронагрівач 43, після чого подають газоходом 17 в пальниковий пристрій 6 пароперегрівача 7. Використання повітронагрівача 43 в контурі рециркуляції дозволяє зменшити витрати палива в пальниковому пристрої 6 та знизити температуру продуктів згоряння після пароперегрівача 7 до рівня температури продуктів згоряння після газової турбіни на вході в котел-утилізатор 10. При недостатньому вмісті кисню в продуктах згоряння перед пальниковим пристроєм 6 на газоході 18 може бути встановлений пристрій для подання в газохід 18 кисню, збагаченого киснем повітря або атмосферного повітря. 3 UA 103136 C2 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 5 10 15 20 25 30 1. Парогазова установка, що містить газотурбінну установку, з'єднаний з нею по газовому тракту перехідним газоходом котел-утилізатор, паротурбінну установку, сполучену трубопроводами пари і води з котлом-утилізатором, яка має з ним спільний пароводяний контур, скидний газохід, димову трубу, з'єднувальні трубопроводи, зовнішній газохід, підключені до зовнішнього газоходу пальниковий пристрій і пароперегрівач, причому котел-утилізатор і пароперегрівач містять модулі поверхонь нагріву пароводяного контуру паротурбінної установки, яка відрізняється тим, що зовнішній газохід виконаний у вигляді рециркуляційного контуру, обладнаного вентилятором, при цьому вхід зовнішнього газоходу під'єднано до котла-утилізатора в зоні розміщення модулів поверхонь нагріву, а вихід виведений перед зоною розміщення модулів поверхонь нагріву котла-утилізатора. 2. Парогазова установка за п. 1, яка відрізняється, тим, що вихід зовнішнього газоходу під'єднаний до котла-утилізатора. 3. Парогазова установка за п. 1, яка відрізняється, тим, що вихід зовнішнього газоходу під'єднаний до перехідного газоходу. 4. Парогазова установка за п. 1, яка відрізняється тим, що обладнана паротурбінною установкою низького тиску з власним пароводяним контуром щонайменше одного тиску. 5. Парогазова установка за п. 4, яка відрізняється тим, що пароводяні контури обох паротурбінних установок виконані із можливістю сполучення між собою. 6. Парогазова установка за п. 1, яка відрізняється тим, що обладнана контуром проміжного перегріву пари, а котел-утилізатор і пароперегрівач містять додаткові модулі поверхонь нагріву, що входять до складу вказаного контуру. 7. Парогазова установка за п. 1, яка відрізняється тим, що паротурбінна установка обладнана системою регенеративного підігріву конденсату й живильної води парою від відборів турбіни. 8. Парогазова установка за п. 1, яка відрізняється тим, що вхід зовнішнього газохода обладнаний повітронагрівачем, виконаним з можливістю використання теплоти продуктів згоряння від пальникового пристрою пароперегрівача. 9. Парогазова установка за п. 1, яка відрізняється тим, що зовнішній газохід обладнаний пристроєм введення в нього кисню. 10. Парогазова установка за п. 1, яка відрізняється тим, що зовнішній газохід обладнаний пристроєм введення в нього збагаченого киснем повітря. 11. Парогазова установка за п. 1, яка відрізняється тим, що зовнішній газохід обладнаний пристроєм введення в нього атмосферного повітря. 4 UA 103136 C2 Комп’ютерна верстка Л. Бурлак Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5