Бинарная парогазовая установка

Полезная модель относится к области теплоэнергетики, а именно к парогазовым установкам, и может быть применена для привода электрогенераторов на тепловых электрических станциях.
Известны парогазовые установки с раздельными рабочими телами на базе бинарного цикла (см. Вукалович М.П., Новиков И.И. Техническая термодинамика. - М.: Энергия, 1968, с. 464). Такие парогазовые установки содержат в своем составе газотурбинную установку, состоящую из воздушного компрессора, газовой турбины и генератора, размещенных на одном валу, и паротурбинной установки, состоящей из паровой турбины двух или трех давлений с конденсатором, не оснащенной системой регенеративного подогрева конденсата и питательной воды паром от отборов турбины и генератора, размещенных на одном валу. Общим элементом газотурбинной и паротурбинной установок является парогенератор двух или трех давлений, который производит пар для паротурбинной установки, используя тепло продуктов сгорания, образующихся при сжигании топлива в среде сжатого воздуха, поданного из компрессора в камеру сгорания газовой турбины. После камеры сгорания продукты сгорания, находящиеся под давлением и имеющие высокую температуру, направляются в газовую турбину для выработки электрической мощности.
Недостатком таких бинарных парогазовых установок является отсутствие системы регенерации у паротурбинной установки, что приводит к снижению коэффициента полезного действия паровой турбины и, следовательно, парогазовой установки в целом.
Известна бинарная парогазовая установка, содержащая воздушный компрессор, связанный через камеру сгорания высокого давления с газовой турбиной высокого давления, газовая турбина высокого давления, в свою очередь, связана с газовой турбиной низкого давления, газовая турбина низкого давления связана с котлом-утилизатором, котел-утилизатор связан с экономайзером по линии продуктов сгорания, а по линии питательной воды и пара - с экономайзером и напорным пароперегревателем, экономайзер по линии питательной воды связан с питательным электронасосом и котлом-утилизатором, питательный электронасос связан с деаэратором, паровая турбина связана с деаэратором и подогревателем низкого давления через отборы, и конденсатором, конденсатор связан с конденсатным электронасосом, конденсатный электронасос связан с подогревателем низкого давления, подогреватель низкого давления связан с деаэратором по линиям основного и вторичного конденсата, деаэратор связан с питательным электронасосом, при этом между газовыми турбинами высокого и низкого давления дополнительно установлены напорный пароперегреватель и камера сгорания низкого давления, напорный пароперегреватель соединен с котлом-утилизатором и паровой турбиной по холодной стороне, с газовой турбиной высокого давления и камерой сгорания низкого давления по горячей стороне, а камера сгорания низкого давления, в свою очередь соединена с напорным пароперегревателем и газовой турбиной низкого давления. [Патент RU № 156586 от 10.11.2015 г.].
Недостатком известной бинарной парогазовой установки является несовершенство паротурбинной части в связи с отсутствием промежуточного перегрева пара.
Задачей полезной модели является совершенствование бинарной парогазовой установки.
Технический результат заключается в повышении термодинамической эффективности производства электроэнергии в бинарной парогазовой установке за счет увеличения средней температуры подвода теплоты в паротурбинной части.
Технический результат достигается тем, что бинарная парогазовая установка содержит воздушный компрессор, связанный через камеру сгорания высокого давления с газовой турбиной высокого давления, газовая турбина высокого давления, в свою очередь, связана с напорным пароперегревателем, напорный пароперегреватель связан с камерой сгорания низкого давления, камера сгорания низкого давления связана с газовой турбиной низкого давления, газовая турбина низкого давления связана с котлом-утилизатором, котел-утилизатор связан с экономайзером по линии продуктов сгорания, а по линии питательной воды и пара - с экономайзером и напорным пароперегревателем, экономайзер по линии питательной воды связан с питательным электронасосом и котлом-утилизатором, питательный электронасос связан с деаэратором, паровая турбина высокого давления связана с деаэратором через отбор и паровой турбиной низкого давления, паровая турбина низкого давления связана с подогревателем низкого давления через отбор и конденсатором, конденсатор связан с конденсатным электронасосом, конденсатный электронасос связан с подогревателем низкого давления, подогреватель низкого давления связан с деаэратором по линиям основного и вторичного конденсата, деаэратор связан с питательным электронасосом, между напорным пароперегревателем и газовой турбиной низкого давления по линии продуктов сгорания дополнительно установлен напорный промежуточный пароперегреватель, при этом напорный промежуточный пароперегреватель соединен с паровой турбиной высокого давления и паровой турбиной низкого давления по холодной стороне, с напорным пароперегревателем и камерой сгорания низкого давления по горячей стороне.
В полезной модели применяется промежуточный перегрев пара в напорном пароперегревателе, расположенном после газовой турбины высокого давления и основного пароперегревателя, и последующее дожигание продуктов сгорания в камере сгорания низкого давления. Полезный эффект заключается в увеличении коэффициента полезного действия установки за счет повышения средней температуры подвода теплоты в паротурбинной части. Размещение камеры сгорания низкого давления перед газовой турбиной низкого давления позволяет иметь возможность регулирования мощности силовой газовой турбины, котла-утилизатора и всей бинарной парогазовой установки. Это позволяет повысить эффективность и экономичность работы установки.
На фигуре изображена бинарная парогазовая установка, состоящая из: 1 - воздушного компрессора; 2 - камеры сгорания высокого давления; 3 - газовой турбины высокого давления; 4 - напорного пароперегревателя; 5 - напорного промежуточного пароперегревателя; 6 - камеры сгорания низкого давления; 7 - газовой турбины низкого давления; 8 - электрогенератора №1; 9 - котла-утилизатора; 10 - экономайзера; 11 - питательного электронасоса, 12 - деаэратора; 13 - подогревателя низкого давления; 14 - конденсатного электронасоса; 15 - конденсатора; 16 - электрогенератора №2; 17 - паровой турбины низкого давления; 18 - паровой турбины высокого давления.
Бинарная парогазовая установка работает следующим образом. Воздух, сжатый в воздушном компрессоре 1, подается в камеру сгорания высокого давления 2, в которой сжигается газообразное топливо. Из камеры сгорания высокого давления 2 продукты сгорания попадают в газовую турбину высокого давления 3, являющуюся приводом для воздушного компрессора 1. После газовой турбины высокого давления 3 продукты сгорания направляются в напорный пароперегреватель 4, где отдают часть своего тепла водяному пару из котла-утилизатора 9. Из напорного пароперегревателя 4 продукты сгорания подаются в напорный промежуточный пароперегреватель 5, где отдают часть своего тепла водяному пару из паровой турбины высокого давления 18. Из напорного промежуточного пароперегревателя 5 продукты сгорания подаются в камеру сгорания низкого давления 6, в которой сжигается газообразное топливо. Из камеры сгорания низкого давления 6 продукты сгорания попадают в газовую турбину низкого давления 7, являющуюся приводом для электрогенератора №1 8. Выхлопные газы, поступающие из газовой турбины низкого давления 7, проходят котел-утилизатор 9, где отдают тепло его котловой воде. Из котла-утилизатора 9 продукты сгорания переходят в экономайзер 10, в котором подогревают питательную воду. После этого выхлопные газы направляются в атмосферу. Питательная вода из деаэратора 12 питательным насосом 11 подается в экономайзер 10, где подогревается за счет теплоты уходящих газов до температуры, близкой к температуре кипения. Из экономайзера 10 питательная вода поступает в барабан котла-утилизатора 9 и смешивается с котловой водой. Котловая вода кипит за счет теплоты, получаемой от уходящих газов, и на выходе из котла-утилизатора получается сухой насыщенный пар. Он направляется в напорный пароперегреватель 4, где перегревается, получая теплоту от продуктов сгорания. Перегретый пар из напорного пароперегревателя 4 поступает в паровую турбину высокого давления 18, которая вместе с паровой турбиной низкого давления 17 является приводом для электрогенератора №2 16. Паровая турбина высокого давления 18 также имеет регенеративный отбор. Из него пар идет в деаэратор 12 для обеспечения его работы. Из паровой турбины высокого давления 18 пар поступает в напорный промежуточный пароперегреватель 5, где он повторно перегревается, получая теплоту от продуктов сгорания. Перегретый пар из напорного промежуточного пароперегревателя 5 поступает в паровую турбину низкого давления 17. Паровая турбина низкого давления 17 также имеет регенеративный отбор. Из него пар идет в подогреватель низкого давления 13, где подогревает поток основного конденсата и конденсируется пар из отбора. Вторичный конденсат из подогревателя низкого давления 13 также направляется в деаэратор 12. Основной поток пара, пройдя паровую турбину низкого давления 17, поступает в конденсатор 15, где конденсируется. Основной поток конденсата из конденсатора 15 конденсатным электронасосом 14 подается в подогреватель низкого давления 13, где подогревается паром из отбора паровой турбины низкого давления 17. Из подогревателя низкого давления 13 основной поток пара поступает в деаэратор 12, где происходит его очистка от кислорода и других неконденсируемых газов.
Таким образом, полезная модель позволит повысить термодинамическую эффективность производства электроэнергии в бинарной парогазовой установке за счет увеличения средней температуры подвода теплоты в паротурбинной части, при сохранении мощности бинарной парогазовой установки и появлении возможности регулирования мощности силовой газовой турбины, котла-утилизатора и всей установки.