Парогазова установка

Реферат: Об'єктом винаходу є парогазова установка, що може бути використана на теплових електростанціях. Парогазова установка містить газотурбінну установку, з'єднаний з нею по газовому тракту перехідним газоходом паровий котел-утилізатор, який має два чи більше пароводяних контури різних ступенів тиску, паротурбінну установку, сполучену трубопроводами з пароводяними контурами котла-утилізатора, конденсатор, конденсатний насос, живильний насос, деаератор, скидний газохід, димову трубу, з'єднувальні трубопроводи. Паротурбінна установка містить парову турбіну одного тиску. Пароводяний контур нижчого ступеня тиску котла-утилізатора з'єднаний із суміжним пароводяним контуром вищого ступеня тиску за допомогою ежектора. Технічним результатом є зменшення габаритів парогазової установки, підвищення її надійності. UA 103138 C2 (12) UA 103138 C2 UA 103138 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід стосується галузі виробництва теплової та електричної енергії на базі установок, що працюють за бінарним циклом при комбінованому використанні газотурбінних установок і паротурбінних установок. Відома парогазова установка, що містить газотурбінну установку, з'єднаний з нею по газовому тракту перехідним газоходом паровий котел-утилізатор, паротурбінну установку, з'єднану трубопроводами пари і води з котлом-утилізатором, конденсатор, конденсатний насос, живильний насос, деаератор, з'єднувальні трубопроводи (патент Росії № 2403407, МПК F01K23/10, дата публікації 10.11.2010). Котел-утилізатор має пароводяний контур одного ступеня тиску, і паротурбінна установка має парову турбіну одного тиску. Недоліком відомої парогазової установки є неефективне використання тепла вихідних газів, що зумовлює її низьку економічну ефективність. Більш ефективне використання тепла вихідних газів реалізовано в парогазових установках з паровим котлом-утилізатором, що має кілька ступенів тиску і, відповідно, кілька пароводяних контурів, сполучених з паротурбінної установкою. Найбільш близьким аналогом винаходу, що заявляється, є відома парогазова установка, яка містить газотурбінну установку, з'єднаний з нею по газовому тракту перехідним газоходом паровий котел-утилізатор, який має принаймні два пароводяних контури різних ступенів тиску, паротурбінну установку, сполучену трубопроводами пари і води з пароводяними контурами котла-утилізатора, конденсатор, конденсатний насос, живильний насос, деаератор, скидний газохід, димову трубу, з'єднувальні трубопроводи (Цанев С.В., Буров В.Д., Ремезов А.Н. Газотурбинные и парогазовые установки тепловых электростанций. Москва; МЭИ, 2002, стр. 278, 282). Відома установка містить паровий котел-утилізатор двох (у другому варіанті - трьох) ступенів тиску і таку ж кількість пароводяних контурів, що забезпечують роботу паротурбінної установки. Паротурбінна установка в одному варіанті містить парову турбіну двох тисків (тобто обладнану двома підводами пари - високого тиску і низького тиску), а в іншому варіанті - парову турбіну трьох тисків (тобто обладнану трьома підводами пари - високого, середнього та низького тисків). Кожний зазначений підвід парової турбіни сполучений зі своїм пароводяним контуром котла-утилізатора за допомогою трубопроводів води та пари. Ця парогазова установка є більш ефективною в порівнянні з вищеописаною. Основним недоліком відомої парогазової установки є її нетехнологічність, що виражається в надмірній громіздкості схеми підключення парової турбіни за допомогою великої кількості трубопроводів і арматури, що, в підсумку, знижує надійність роботи всієї установки і, відповідно, підвищує вартість самої установки і вартість її обслуговування в процесі експлуатації. Задачею винаходу є зменшення габаритів і підвищення надійності парогазової установки шляхом оптимізації схеми підключення парової турбіни за рахунок скорочення кількості з'єднувальних трубопроводів при збереженні високої термодинамічної ефективності парогазової установки в цілому. Поставлена задача вирішується тим, що у відомій парогазовій установці, яка містить газотурбінну установку, з'єднаний з нею по газовому тракту перехідним газоходом паровий котел-утилізатор, який має принаймні два пароводяних контури різних ступенів тиску, паротурбінну установку, сполучену трубопроводами пари і води з пароводяними контурами котла-утилізатора, конденсатор, конденсатний насос, живильний насос, деаератор, скидний газохід, димову трубу, з'єднувальні трубопроводи, згідно з винаходом, що заявляється, паротурбінна установка містить парову турбіну одного тиску, при цьому пароводяний контур нижчого ступеня тиску з'єднаний із суміжним пароводяним контуром вищого ступеня тиску за допомогою принаймні одного ежектора. Можливе виконання парогазової установки, в якій ежектор виконаний з можливістю використання пари як робочого середовища. Можливе виконання парогазової установки, в якій ежектор виконаний з можливістю використання води як робочого середовища. Рекомендоване виконання парогазової установки, в якій котел-утилізатор обладнаний газовим підігрівачем конденсату паротурбінної установки. Допустиме виконання парогазової установки, обладнаної додатковим пароперегрівачем пари, подаваної з котла-утилізатора в паротурбінну установку. Можливе виконання парогазової установки, в якій принаймні один з пароводяних контурів виконаний з можливістю відбору пари з нього. Рекомендоване виконання парогазової установки, в якій паротурбінна установка обладнана додатковим контуром проміжного перегріву пари. Технічним результатом є зменшення габаритів парогазової установки за рахунок скорочення кількості з'єднувальних трубопроводів між котлом-утилізатором і паротурбінною установкою 1 UA 103138 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 шляхом сполучення через ежектори пароводяних контурів різних ступенів тиску між собою. Це, в свою чергу, дозволяє підвищити надійність парогазової установки, знизити її вартість і вартість її обслуговування в процесі експлуатації. Додатково стає можливим скорочення матеріальних і фінансових витрат при монтажі заявленої установки в ході реконструкції старих теплоелектростанцій за рахунок отримання можливості використання вже наявних на цих теплоелектростанціях паротурбінних установок одного тиску. Виконання ежектора з можливістю використання пари або води як робочого середовища дозволяє гнучко змінювати схему парогазової установки (наприклад, підлаштовуючи її під кожну конкретну теплоелектростанцію). Обладнання заявленої установки газовим підігрівачем конденсату, встановленим в котліутилізаторі, і пароперегрівачем дозволяє підвищити її економічність і ефективність. Конструкція заявленої парогазової установки проілюстрована кресленнями: фіг. 1 - схема парогазової установки з паровим котлом-утилізатором двох ступенів тиску і водоструминним ежектором; фіг. 2 - схема парогазової установки з паровим котлом-утилізатором двох ступенів тиску і пароструминним ежектором; фіг. 3 - схема парогазової установки з паровим котлом-утилізатором трьох ступенів тиску і водоструминними ежекторами; фіг. 4 - схема парогазової установки з паровим котлом-утилізатором трьох ступенів тиску, водоструминним ежектором і пароструминним ежектором. Зображена на фіг. 1 парогазова установка містить газотурбінну установку 1, що включає в себе газову турбіну 2 з електрогенератором 3 і компресором 4, а також камерою згоряння 5 між ними. Паровий котел-утилізатор 6 двох ступенів тиску (низького і високого) з'єднаний з газотурбінною установкою 1 перехідним газоходом 7. Котел-утилізатор 6 також з'єднаний скидним газоходом 8 з димовою трубою 9. До складу парогазової установки входить паротурбінна установка 10, яка має в своєму складі парову турбіну 11, що є турбіною одного тиску, електрогенератор 12, конденсатор 13, конденсатний насос 14. Котел-утилізатор 6 має два пароводяних контури: пароводяний контур низького тиску, сполучений з паротурбінною установкою 10 трубопроводом основного конденсату 15 і пароводяний контур високого тиску, сполучений з паротурбінною установкою 10 трубопроводом пари (паропроводом) 25. На трубопроводі 25 можлива установка пароперегрівача 38. До складу пароводяного контуру низького тиску входять: трубопровід 15, підігрівач конденсату 16, встановлений в котлі-утилізатори 6, трубопровід 17, деаератор 18, поєднаний з барабаном низького тиску 19, допоміжні трубопроводи. Можлива установка деаератора 18 не суміщеного з барабаном низького тиску 19. До складу пароводяного контуру високого тиску входять: барабан високого тиску 23, трубопровід 24, трубопровід 25, додатковий пароперегрівач 38 (у разі його наявності в складі установки), допоміжні трубопроводи. Обидва пароводяних контури сполучені між собою живильним насосом 20 і водоструминним ежектором 22, встановленим на трубопроводі 21. Ежектор 22 підключений за допомогою трубопроводу 26 до контуру низького тиску і за допомогою трубопроводу 27 до барабана високого тиску 23. Зображена на фіг. 2 парогазова установка має конструкцію, аналогічну вищеописаній на фіг. 1 з відмінностями:обидва пароводяних контури сполучені між собою пароструминним ежектором 30. Ежектор 30 підключений за допомогою трубопроводу 26 до контуру низького тиску і за допомогою трубопроводів 28 і 29 до контуру високого тиску. Зображена на фіг. 3 парогазова установка має в цілому схожу конструкцію з описаною на фіг. 1. Парогазова установка в цьому варіанті має котел-утилізатор 6 трьох ступенів тиску, обладнана барабаном середнього тиску 31 і пароводяним контуром середнього тиску, до складу якого, крім барабана 31, входять: живильний насос 32, трубопроводи 34, 35, 36, 37. Пароводяний контур низького тиску сполучений з пароводяним контуром середнього тиску водоструминним ежектором 33, який підключений за допомогою трубопроводу 26 до контуру низького тиску, і за допомогою трубопроводу 34 до барабана середнього тиску 31. Пароводяний контур середнього тиску сполучений з пароводяним контуром високого тиску водоструминним ежектором 22, який підключений за допомогою трубопроводу 39 до контуру середнього тиску і за допомогою трубопроводу 40 до барабана високого тиску 23. Паротурбінна установка 10 обладнана додатковим контуром проміжного перегріву пари, що складається з пароперегрівачів 41, 42 і паропроводів 43, 44, які сполучають котел-утилізатор 6 з паротурбінною установкою 10. 2 UA 103138 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 Зображена на фіг. 4 парогазова установка має в цілому схожу конструкцію з описаною на фіг. 3. Відмінністю є лише, те, що пароводяні контури сполучені між собою за допомогою пароструминного ежектора 45 та водоструминного ежектора 22. Пароводяний контур низького тиску сполучений з пароводяним контуром середнього тиску пароструминним ежектором 45 і трубопроводом 46. Ежектор 45 підключений за допомогою трубопроводу 47 до контуру низького тиску і за допомогою трубопроводу 35 до барабана середнього тиску 31. Пароводяний контур середнього тиску сполучений з пароводяним контуром високого тиску водоструминним ежектором 22, який підключений за допомогою трубопроводу 39 до контуру середнього тиску і за допомогою трубопроводу 40 до барабана високого тиску 23. Заявлена парогазова установка працює таким чином. У камеру згоряння 5 газотурбінної установки 1 (фіг. 1) подають стиснене компресором 4 повітря і паливо (наприклад, природний газ). Гарячі газоподібні продукти згоряння з камери згоряння 5 надходять у газову турбіну 2, приводячи її в роботу. Газова турбіна 2, в свою чергу, приводить в обертання електрогенератор 3. Далі газоподібні продукти згоряння газоходом 7 надходять в паровий котел-утилізатор 6, в якому виробляється перегріта пара, що надходить трубопроводом 25 контуру високого тиску в паротурбінну установку 10. У разі необхідності пароперегрівач 38, встановлений на трубопроводі 25, додатково підігріває подавану пару за рахунок спалювання палива. Паротурбінна установка 10 виробляє тепло та електроенергію для потреб споживачів за допомогою електрогенератора 12, що приводиться в обертання паровою турбіною 11. Після парової турбіни 11 відпрацьована пара конденсується в конденсаторі 13, а потім конденсатним насосом 14 через трубопровід 15 подається в підігрівач конденсату 16. Нагрітий конденсат трубопроводом 17 надходить через деаератор 18 в барабан низького тиску 19. Деаератор 18 забезпечує видалення газоподібних домішок з конденсату. З барабана низького тиску 19 живильним насосом 20 через трубопровід 21 вода подається в водоструминний ежектор 22. У ежекторі 22 вода змішується з парою, що надходить трубопроводом 26 з контуру низького тиску. Пароводяна суміш з ежектора 22 трубопроводом 27 подається в барабан високого тиску 23, який входить до складу контуру високого тиску. Утворена в барабані високого тиску 23 пара подається трубопроводом 24 в котел-утилізатор 6 для перегріву, а потім трубопроводом 25 надходить до парової турбіни 11. Пройшовши через котел-утилізатор 6, і віддавши свою теплоту на нагрів пари і конденсату, газоподібні продукти згоряння надходять у скидний газохід 8 і виводяться з парогазової установки через димову трубу 9. Установка, за схемою на фіг. 2 працює аналогічним чином, за винятком того, що замість водоструминного ежектора використовують пароструминний ежектор 30. Установка, за схемою на фіг. 3 працює аналогічно установці за схемою на фіг. 1 і відрізняється лише наявністю трьох ступенів тиску пари. Крім того, пару, що проходить через турбіну 11, додатково перегрівають: подають трубопроводом 43 до пароперегрівачів 42 і 41, встановлених в котлі-утилізаторі 6, в а потім знову повертають у турбіну 11 трубопроводом 44. Установка, за схемою на фіг. 4 працює аналогічно установці за схемою на фіг. 3, відрізняючись лише використанням пароструминного ежектора 45. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 45 50 55 60 1. Парогазова установка, що містить газотурбінну установку, з'єднаний з нею по газовому тракту перехідним газоходом паровий котел-утилізатор, який має принаймні два пароводяних контури різних ступенів тиску, паротурбінну установку, сполучену трубопроводами пари і води з пароводяними контурами котла-утилізатора, конденсатор, конденсатний насос, живильний насос, деаератор, скидний газохід, димову трубу, з'єднувальні трубопроводи, яка відрізняється тим, що паротурбінна установка містить парову турбіну одного тиску, при цьому пароводяний контур нижчого ступеня тиску з'єднаний із суміжним пароводяним контуром вищого ступеня тиску за допомогою принаймні одного ежектора. 2. Парогазова установка за п. 1, яка відрізняється тим, що ежектор виконаний з можливістю використання пари як робочого середовища. 3. Парогазова установка за п. 1, яка відрізняється тим, що ежектор виконаний з можливістю використання води як робочого середовища. 4. Парогазова установка за п. 1, яка відрізняється тим, що котел-утилізатор обладнаний газовим підігрівачем конденсату паротурбінної установки. 5. Парогазова установка за п. 1, яка відрізняється тим, що обладнана додатковим пароперегрівачем пари, подаваної з котла-утилізатора в паротурбінну установку. 3 UA 103138 C2 6. Парогазова установка за п. 1, яка відрізняється тим, що принаймні один з пароводяних контурів виконаний з можливістю відбору з нього пари. 7. Парогазова установка за п. 1, яка відрізняється тим, що паротурбінна установка обладнана додатковим контуром проміжного перегріву пари. 4 UA 103138 C2 5 UA 103138 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 6