Парогазова установка для реконструкції теплових електричних станцій

Реферат: Парогазова установка містить газотурбінну установку, сполучену газоходами з котломутилізатором, а також сполучену з котлом-утилізатором трубопроводами подачі пари і відведення конденсату паротурбінну установку високого тиску з паровою турбіною одного тиску, сполучену з котлом-утилізатором трубопроводами подачі пари і відведення конденсату, паротурбінну установку низького тиску з паровою турбіною одного або більше тисків. Крім цього, трубопроводи відведення конденсату паротурбінних установок високого і низького тисків виконані з можливістю взаємного сполучення у спільний колектор. UA 115466 U (54) ПАРОГАЗОВА УСТАНОВКА ДЛЯ РЕКОНСТРУКЦІЇ ТЕПЛОВИХ ЕЛЕКТРИЧНИХ СТАНЦІЙ UA 115466 U UA 115466 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель стосується галузі виробництва теплової та електричної енергії, а точніше, виробництва теплової та електричної енергії на базі установок, що працюють за бінарним циклом при комбінованому використанні газотурбінних установок і паротурбінних установок. Корисна модель може бути використана в енергетичній галузі при розширенні і реконструкції теплових електричних станцій. Відомі парогазові установки утилізаційного типу, в яких пара для паротурбінної установки виробляється в котлі-утилізаторі одного тиску, розміщеному на газоході за газовою турбіною, за рахунок тепла продуктів згоряння, що мають тиск на рівні атмосферного і досить високу для отримання пари температуру (див. Цанев С.В., Буров В.Д., Ремезов А.Н. Газотурбинные и парогазовые установки тепловых электростанций. Москва; МЭИ, 2002, С. 272). Основним недоліком відомих парогазових установок є їх низька термодинамічна ефективність. Відома парогазова установка утилізаційного типу, що включає в себе газотурбінну установку, що складається з компресора, газової турбіни і генератора, розташованих на одному валу, камеру згоряння, розміщену між компресором і газовою турбіною, паротурбінну установку одного тиску, що складається з парової турбіни і генератора, розташованих на одному валу, системи регенерації, конденсатора, конденсатних і живильних пристроїв, деаератора і трубопроводів конденсату, живильної води і пари, а також котел-утилізатор одного тиску, розташований на газоході за газовою турбіною (установка V64.2 виробництва фірми Siemens, опис див. Цанев С.В., Буров В.Д., Ремезов А.Н. Газотурбинные и парогазовые установки тепловых электростанций. Москва; МЭИ, 2002, а також патент США №4466241, МПК F02C6/18, дата публікації 21.08.1984). У відомій парогазовій установці пара виробляється в котліутилізаторі, в якому тиск продуктів згоряння газотурбінної установки знаходиться на рівні атмосферного. Основним недоліком відомої парогазової установки є висока втрата тепла з димовими газами і низька термодинамічна ефективність. У свою чергу високі втрати тепла обумовлюють низьку економічну ефективність цієї установки. Зазначений недолік відсутній в парогазових установках з роздільними робочими тілами на базі бінарного циклу, (див. Вукалович М.П., Новиков И.И. Техническая термодинамика. - М.: Энергия, 1968, с. 464). Такі парогазові установки містять в своєму складі газотурбінну установку, що складається з повітряного компресора, газової турбіни і генератора, розміщених на одному валу, і паротурбінну установку, що складається з парової турбіни двох або трьох тисків з конденсатором, яка не є оснащеною системою регенеративного підігріву конденсату і живильної води парою від відборів турбіни і генератора, розміщених на одному валу. Спільним елементом газотурбінної і паротурбінної установок є парогенератор двох або трьох тисків, який виробляє пару для паротурбінної установки, використовуючи тепло продуктів згоряння, що утворюються при спалюванні палива в середовищі стисненого повітря, поданого з компресора в камеру згоряння газової турбіни. Після камери згоряння продукти згоряння, що знаходяться під тиском і мають високу температуру, направляються в газову турбіну для виробництва електроенергії. Недоліком таких парогазових установок є неможливість використання існуючих паротурбінних установок і існуючої інфраструктури електростанції (зокрема систем охолодження конденсаторів парових турбін, систем видачі теплової та електричної потужності, редукційно-охолоджувальних установок, систем резервного палива тощо) в складі встановлюваних парогазових установок на діючих теплових електростанціях і, відповідно, підвищені витрати на паротурбінну частину парогазової установки і парогазову установку в цілому. Зазначений недолік відсутній в парогазових установках утилізаційного типу, в яких пара для паротурбінної установки виробляється в котлі-утилізаторі двох або більше тисків, розміщеному на газоході за газовою турбіною, за рахунок тепла продуктів згоряння, що мають тиск на рівні атмосферного і досить високу для отримання пари температуру, з паротурбінними установками високого і низького тисків. Найбільш близьким аналогом технічного рішення, що заявляється, є відома парогазова установка утилізаційного типу, що містить газотурбінну установку, сполучену газоходами з котлом-утилізатором, сполучену з котлом-утилізатором трубопроводами подачі пари і відведення конденсату паротурбінну установку високого тиску з паровою турбіною одного тиску, сполучену з котлом-утилізатором трубопроводами подачі пари і відведення і конденсату паротурбінну установку низького тиску з паровою турбіною одного або більше тисків (див. патент України на корисну модель № 67089, МПК F02C6/18, дата публікації 25.01.2012). У парогазовій установці в котлі-утилізаторі підігрівається конденсат, що надходить лише від турбіни низького тиску, тобто, в котлі-утилізаторі підігрівається не весь конденсат, а лише його 1 UA 115466 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 частина. Пара виробляється в котлі-утилізаторі, в якому тиск продуктів згоряння газотурбінної установки знаходиться на рівні атмосферного. Основним недоліком відомої парогазової установки є підвищена втрата тепла з викидними газами, що знижує ефективність роботи парогазової установки. Задачею технічного рішення, що заявляється, є підвищення ефективності роботи парогазової установки за рахунок більш повного використання тепла викидних газів. Поставлена задача вирішується тим, що у відомій парогазовій установці, що містить газотурбінну установку, сполучену газоходами з котлом-утилізатором, сполучену з котломутилізатором трубопроводами подачі пари і відведення конденсату паротурбінну установку високого тиску з паровою турбіною одного тиску, сполучену з котлом-утилізатором трубопроводами подачі пари і відведення конденсату, паротурбінну установку низького тиску з паровою турбіною одного або більше тисків, згідно з заявленим технічним рішенням, трубопроводи відведення конденсату паротурбінних установок високого і низького тисків виконані з можливістю взаємного сполучення у спільний колектор. Рекомендоване виконання парогазової установки, в якій на трубопроводі подачі пари від котла-утилізатора на вхід паротурбінної установки високого тиску поза котлом-утилізатором встановлений додатковий пароперегрівач, обладнаний газоходами. Припустиме виконання парогазової установки, в якій принаймні один трубопровід подачі пари, що з'єднує котел-утилізатор і паротурбінну установку низького тиску, виконаний з можливістю відбору пари з нього. Можливе виконання парогазової установки, в якій додатковий пароперегрівач сполучений з вхідним газоходом котла-утилізатора за допомогою газоходу подачі викидних газів газотурбінної установки. Ефективне виконання парогазової установки, в якій додатковий пароперегрівач сполучений з вихідним газоходом котла-утилізатора за допомогою газоходу подачі викидних газів газотурбінної установки. Можливе виконання парогазової установки, в якій додатковий пароперегрівач обладнаний патрубком забору атмосферного повітря. Доцільне виконання парогазової установки, в якій вихідний газохід додаткового пароперегрівача сполучений з котлом-утилізатором. Технічним результатом корисної моделі є підвищення коефіцієнта корисної дії газотурбінної установки і парогазової установки в цілому за рахунок більш ефективного використання тепла викидних газів, що, в свою чергу, стає можливим завдяки значному збільшенню об'єму конденсату, що надходить в котел-утилізатор через спільний колектор від газотурбінних установок і нагрівається теплом викидних газів. Стає можливим підвищення ефективності роботи парогазової установки високого тиску за рахунок використання додаткового пароперегрівача, який здійснює перегрів пари до температури, необхідної для роботи паротурбінної установки високого тиску. Це, в свою чергу, дозволяє використовувати вже наявне паротурбінне обладнання в складі парогазової установки при її спорудженні в рамках проведення реконструкції існуючих теплових електростанцій. Завдяки можливості відбору пари з трубопроводу, що з'єднує котел-утилізатор і парову турбіну низького тиску, при необхідності можна подавати пару в відповідний загальностанційний колектор при зупинці паротурбінної установки низького тиску без зупинки парогазової установки. Додатково підвищується ефективність використання тепла викидних газів за рахунок з'єднання вихідного газоходу додаткового пароперегрівача з котлом-утилізатором. Крім перерахованого вище, заявлене технічне рішення дозволяє знизити вартість будівельно-монтажних робіт при розширенні і реконструкції існуючих паросилових теплових електричних станцій з переведенням їх в парогазові за рахунок максимального збереження наявної інфраструктури теплових електростанцій і застосування традиційного енергетичного обладнання. На кресленнях показана схема парогазової установки, що виконана згідно з пропонованим технічним рішенням: фіг. 1 - загальна схема парогазової установки; фіг. 2 - схема парогазової установки, в якій додатковий пароперегрівач підключений до вхідного газоходу котла-утилізатора; фіг. 3 - схема парогазової установки, в якій додатковий пароперегрівач підключений до вихідного газоходу котла-утилізатора. Стрілками на схемах показаний рух рідини та газів трубопроводами. Парогазова установка (фіг. 1) містить газотурбінну установку 1, що включає в себе турбіну 2 з електрогенератором 3 і компресором 4, а також камерою згоряння 5 між ними. 2 UA 115466 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Електрогенератор 3, компресор 4 встановлені на одному валу з турбіною 2. Вхід котлаутилізатора 6 з'єднаний з газотурбінною установкою 1 вхідним газоходом 7. Вихід котлаутилізатора 6 з'єднаний вихідним газоходом 8 з димарем 34. Паротурбінна установка високого тиску 9 сполучена з котлом-утилізатором 6 трубопроводами 11, 12. Паротурбінна установка 9 має в своєму складі парову турбіну високого тиску 10, що є турбіною одного тиску, електрогенератор 13, встановлені на трубопроводі 12 конденсатор 14 і конденсаційний насос 15. Паротурбінна установка низького тиску 23 сполучена з котлом-утилізатором 6 трубопроводами 25, 30. Паротурбінна установка 23 має в своєму складі парову турбіну 24 низького тиску, електрогенератор 27, встановлені на трубопроводі 30, конденсатор 28 і конденсаційний насос 29. До складу котла-утилізатора 6 входить барабан низького тиску 31 і барабан високого тиску 40. Деаератор 21 поєднаний з барабаном низького тиску 31. Деаератор 21 може бути виконаний окремо від барабана низького тиску 31. Деаератор 21 з'єднаний трубопроводом 41 з газовим підігрівачем конденсату 32 котла-утилізатора 6. Барабани 31 і 40 з'єднані з котлом-утилізатором 6 трубопроводами 41, 42, 43, 44, 45, 46, 47, 48, 49, 50, 51. На трубопроводі 44 встановлений живильний насос 22. Трубопровід 46 з'єднаний з трубопроводом 25 і виконаний з можливістю відбору пари. Трубопроводи 12 і 30 взаємно сполучені за допомогою спільного колектора 26, що в свою чергу, з'єднаний з котлом-утилізатором 6. При необхідності підвищення температури пари, що подається до парової турбіни високого тиску 10 через трубопровід 11, на трубопроводі 11 може бути встановлений додатковий пароперегрівач 33. Як окислювач для палива в додатковому пароперегрівачі 33 може бути використане атмосферне повітря (фіг. 1). Пароперегрівач 33 призначений для перегрівання пари за рахунок спалювання палива. Можливий варіант виконання, в якому додатковий пароперегрівач 33 газоходом 16 з'єднаний з вхідним газоходом 7 (фіг. 2). В цьому варіанті окислювачем є гази з газоходу 7. Можливий варіант виконання, в якому додатковий пароперегрівач 33 газоходом 17 з'єднаний з вихідним газоходом 8 (фіг. 3). В цьому варіанті окислювачем є гази з газоходу 8. Можливий варіант виконання, в якому додатковий пароперегрівач 33 газоходом 18 (фіг. 2) або газоходом 19 (фіг. 3) з'єднаний з котлом-утилізатором 6. Заявлена парогазова установка працює наступним чином. Газотурбінна установка 1 (фіг. 1) працює, виробляючи електроенергію за допомогою електрогенератора 3, який обертає газова турбіна 2, роботу якої, в свою чергу, забезпечують компресор 4 і камера згоряння 5. Гарячі викидні гази, що йдуть з газотурбінної установки 1, вхідним газоходом 7 надходять в котелутилізатор 6, сполучений з паротурбінною установкою високого тиску 9 і паротурбінною установкою низького тиску 23. Охолоджені викидні гази виходять з котла-утилізатора 6 через вихідний газохід 8, з'єднаний з димарем 34. Нагріту в котлі-утилізаторі 6 пару трубопроводом 11 подають до парової турбіни високого тиску 10, яка обертає електрогенератор 13, що виробляє електроенергію для потреб споживачів. Пройшовши турбіну 10, відпрацьована пара конденсується в конденсаторі 14, а потім конденсатним насосом 15 через трубопровід 12 її подають в колектор 26 і, далі, в підігрівач конденсату 32. Аналогічно, нагріту в котлі-утилізаторі 6 пару трубопроводом 25 подають до парової турбіни низького тиску 24, яка обертає електрогенератор 27, що виробляє електроенергію для потреб споживачів. Пройшовши турбіну 24, відпрацьована пара конденсується в конденсаторі 28, а потім конденсатним насосом 29 через трубопровід 30 її подають в колектор 26 і, далі, в підігрівач конденсату 32. Підігрівач конденсату 32, що розташований в котлі-утилізаторі 6, дозволяє передати теплоту викидних газів конденсату і, тим самим, охолодити викидні гази до розрахункової температури. Охолоджені викидні гази виводять з котла-утилізатора 6 через вихідний газохід 8, з'єднаний з димарем 34. Після нагрівача 32 конденсат подають трубопроводом 41 в деаератор 21 і барабан низького тиску 31, що забезпечують видалення газоподібних домішок з конденсату. Пару виводять з барабана низького тиску 31 через трубопровід 45 для перегріву в котлі-утилізаторі 6. Далі, пару послідовно через трубопроводи 46, 25 подають в парову турбіну низького тиску 24. З барабана 31 воду трубопроводом 42 подають для нагріву в котел-утилізатор 6, після чого утворена пароводяна суміш трубопроводом 43 надходить в барабан 31, де відбувається відділення пари від води. З барабана низького тиску 31 живильним насосом 22 воду трубопроводом 44 подають в котел-утилізатор 6 для нагрівання і, потім, трубопроводом 47 подають в барабан високого тиску 3 UA 115466 U 5 10 15 40. З барабана високого тиску 40 трубопроводом 48 воду подають для нагрівання в котелутилізатор 6, після чого утворена пароводяна суміш трубопроводом 49 надходить в барабан 40. Пару трубопроводом 50 подають з барабана високого тиску 40 в котел-утилізатор 6 для перегрівання, потім ще раз подають трубопроводом 51 в котел-утилізатор 6, і далі, в трубопровід 11. Перед входом в паротурбінну установку 9 пару в трубопроводі 11 перегрівають за допомогою пароперегрівача 33, що працює за рахунок спалювання палива. Викидні гази з пароперегрівача 33 виводять за межі парогазової установки (фіг. 1). З метою більш ефективного використання теплоти цих газів є можливим їх подання з пароперегрівача 33 в котел-утилізатор 6. Для цього використовують газохід 18 (фіг. 2) або газохід 19 (фіг. 3), якими гази надходять до котла-утилізатора 6 і віддають там свою теплоту для нагрівання конденсату. Як окислювач для спалювання палива в додатковому пароперегрівачі 33 може бути використане атмосферне повітря. Також є можливим використання як окислювача газів, що виходять з газотурбінної установки 1. Для цього за допомогою газоходу 16 в пароперегрівач 6 подають гази з вхідного газоходу 7 (фіг. 2) або за допомогою газоходу 16 з вихідного газоходу 8 (фіг. 3). ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 20 25 30 35 40 1. Парогазова установка, що містить газотурбінну установку, сполучену газоходами з котломутилізатором, а також сполучену з котлом-утилізатором трубопроводами подачі пари і відведення конденсату паротурбінну установку високого тиску з паровою турбіною одного тиску, сполучену з котлом-утилізатором трубопроводами подачі пари і відведення конденсату, паротурбінну установку низького тиску з паровою турбіною одного або більше тисків, яка відрізняється тим, що трубопроводи відведення конденсату паротурбінних установок високого і низького тисків виконані з можливістю взаємного сполучення у спільний колектор. 2. Парогазова установка за п. 1, яка відрізняється тим, що на трубопроводі подачі пари від котла-утилізатора на вхід паротурбінної установки високого тиску поза котлом-утилізатором встановлений додатковий пароперегрівач, обладнаний газоходами. 3. Парогазова установка за п. 1, яка відрізняється тим, що принаймні один трубопровід подачі пари, що з'єднує котел-утилізатор і паротурбінну установку низького тиску, виконаний з можливістю відбору пари з нього. 4. Парогазова установка за п. 2, яка відрізняється тим, що додатковий пароперегрівач сполучений з вхідним газоходом котла-утилізатора за допомогою газоходу подачі викидних газів газотурбінної установки. 5. Парогазова установка за п. 2, яка відрізняється тим, що додатковий пароперегрівач сполучений з вихідним газоходом котла-утилізатора за допомогою газоходу подачі викидних газів газотурбінної установки. 6. Парогазова установка за п. 2, яка відрізняється тим, що додатковий пароперегрівач обладнаний патрубком забору атмосферного повітря. 7. Парогазова установка за п. 2, яка відрізняється тим, що вихідний газохід додаткового пароперегрівача сполучений з котлом-утилізатором. 4 UA 115466 U 5 UA 115466 U 6 UA 115466 U Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 7