ПАРОГАЗОВАЯ УСТАНОВКА
STEAM-GAS PLANT

Изобретение относится к теплоэнергетике, а именно к установкам с более чем двумя двигателями, подающими энергию внешним потребителям и работающими на разных рабочих телах с термодинамическими связанными циклами двигателей, и предназначено для использования на тепловых электростанциях.
Известна парогазовая установка с двумя циклами на разных рабочих телах в паротурбинной части [RU 2542621 С2, МПК F01K 21/04 (2006.01), опубл. 20.02.2015], содержащая газотурбинную установку, связанную газоходом с котлом-утилизатором, в который встроены связанные между собой поверхности нагрева экономайзера, испарителя и пароперегревателя, который паропроводом связан с паровой турбиной высокого давления, причем конденсатор-испаритель водопроводом через первый насос связан с экономайзером котла-утилизатора, который снабжен газоходом для отвода газов в дымовую трубу. Паровая турбина низкого давления паропроводом через рекуператор связана с конденсатором, который через второй насос водопроводом связан с рекуператором. Паровая турбина высокого давления валопроводом связана с паровой турбиной низкого давления, которая связана с электрическим генератором. Паровая турбина высокого давления паропроводом связана с конденсатором-испарителем, который водопроводом связан с первым насосом. Встроенный в котел-утилизатор второй пароперегреватель паропроводами связан с паровой турбиной низкого давления и конденсатором-испарителем, который водопроводом связан с встроенным в котел-утилизатор вторым экономайзером, который водопроводом связан с рекуператором.
Наличие в котле-утилизаторе второго пароперегревателя и второго экономайзера для подвода тепла к рабочему телу второго цикла уменьшает подведенное тепло в котле-утилизаторе к рабочему телу в первом цикле, и, таким образом, уменьшает произведенную мощность и КПД первого цикла. В связи с тем, что мощность и КПД первого цикла выше, чем второго, так как в нем тепло к рабочему телу подводится при более высокой температуре, и нет отвода тепла в окружающую среду, то в целом для установки происходит снижение мощности и КПД по производству электроэнергии. При этом котел-утилизатор имеет сложную конструкцию, что увеличивает капитальные затраты в него и снижает надежность его работы.
Известна парогазовая установка с двумя циклами на разных рабочих телах в паротурбинной части [RU 2561776 С2, МПК F01K 21/04 (2006.01), опубл. 10.09.2015], содержащая газотурбинную установку, связанную газоходом с котлом-утилизатором, в который встроены связанные между собой поверхности нагрева первого экономайзера, испарителя и пароперегревателя, который паропроводом связан с паровой турбиной высокого давления. Первый рекуператор паропроводом связан с конденсатором-испарителем, который водопроводом через первый насос связан с первым экономайзером котла-утилизатора, который снабжен газоходом для отвода газов в дымовую трубу. Паровая турбина низкого давления одним паропроводом через первый рекуператор связана с конденсатором-испарителем, а другим через второй рекуператор связана с конденсатором, который через второй насос водопроводом связан со вторым рекуператором. В котел-утилизатор дополнительно встроены поверхности нагрева промежуточного пароперегревателя и второго экономайзера. Паровая турбина высокого давления через промежуточный пароперегреватель паропроводом связана с паровой турбиной среднего давления, которая паропроводом связана с первым рекуператором. Второй экономайзер водопроводами связан с конденсатором-испарителем и через третий насос с регенеративным подогревателем, который паропроводом связан с отбором паровой турбины низкого давления, а водопроводом связан со вторым рекуператором. Паровые турбины высокого, среднего и низкого давления через общий вал связаны с электрическим генератором.
Наличие в котле-утилизаторе второго экономайзера для подвода тепла к рабочему телу второго цикла уменьшает подведенное тепло в котле-утилизаторе к рабочему телу в первом цикле, и, таким образом, уменьшает произведенную мощность и КПД первого цикла. Кроме того, отвод рабочего тела во втором цикле в отбор турбины низкого давления для подогрева рабочего тела в подогревателе перед вторым экономайзером снижает мощность турбины низкого давления и КПД второго цикла. В результате, в целом для установки происходит снижение мощности и КПД по выработке электроэнергии. При этом котел-утилизатор имеет сложную конструкцию, что увеличивает капитальные затраты в него и снижает надежность его работы.
Известна парогазовая установка с двумя циклами на разных рабочих телах в паротурбинной части [RU 2561780 С2, МПК F01K 21/04 (2006.01), опубл. 10.09.2015], содержащая газотурбинную установку, связанную газоходом с котлом-утилизатором, который снабжен газоходом для отвода газов в дымовую трубу, и в который встроены связанные между собой поверхности нагрева экономайзера, испарителя и пароперегревателя, который паропроводом связан с паровой турбиной высокого давления. Первый рекуператор паропроводом связан с конденсатором-испарителем, который водопроводом связан с первым насосом. Паровая турбина низкого давления одним паропроводом через первый рекуператор связана с конденсатором-испарителем, а другим через второй рекуператор связана с конденсатором, который через второй насос водопроводом связан со вторым рекуператором. В котел-утилизатор дополнительно встроены поверхности нагрева промежуточного пароперегревателя. Паровая турбина высокого давления через промежуточный пароперегреватель паропроводом связана с паровой турбиной среднего давления, которая паропроводом связана с первым рекуператором. Охладитель-подогреватель водопроводами связан с первым насосом и экономайзером котла-утилизатора и трубопроводами - с конденсатором-испарителем и со вторым рекуператором. Паровые турбины высокого, среднего и низкого давления через общий вал связаны с электрическим генератором. Эта установка выбрана в качестве прототипа.
Для обеспечения в конденсаторе-испарителе давления рабочего тела выше атмосферного, для предотвращения присосов воздуха в него, а также для получения высокой температуры пара второго рабочего тела перед турбиной низкого давления (выше 100°С), чтобы получить высокий КПД второго цикла, необходимо иметь высокое давление первого рабочего тела в конденсаторе-испарителе (0,2-0,3 МПа), в результате чего происходит уменьшение работы в турбине среднего давления и, соответственно, снижение мощности турбины среднего давления.
Рабочее тело второго цикла после охладителя-подогревателя на входе конденсатора-испарителя имеет низкую температуру (на 50-60 градусов ниже температуры насыщения в конденсаторе-испарителе). В результате этого большая часть тепла конденсирующегося рабочего тела первого цикла в конденсаторе-испарителе идет на подогрев второго рабочего тела до температуры насыщения, что уменьшает расход пара во втором цикле и, соответственно, уменьшает мощность турбины низкого давления.
Технический результат, обеспечиваемый предложенным изобретением, заключается в увеличение мощности и КПД производства электроэнергии.
Парогазовая установка, также как в прототипе, содержит газотурбинную установку, связанную газоходом с котлом-утилизатором, который снабжен газоходом для отвода газов в дымовую трубу, и в который встроены связанные между собой поверхности нагрева экономайзера, испарителя и пароперегревателя, который паропроводом связан с паровой турбиной высокого давления, причем первый рекуператор паропроводом связан с конденсатором-испарителем, который водопроводом связан с первым насосом, а паровая турбина низкого давления одним паропроводом через первый рекуператор связана с конденсатором-испарителем, а другим через второй рекуператор связана с конденсатором, который через второй насос водопроводом связан со вторым рекуператором, при этом в котел-утилизатор дополнительно встроены поверхности нагрева промежуточного пароперегревателя, а паровая турбина высокого давления через промежуточный пароперегреватель паропроводом связана с паровой турбиной среднего давления, которая паропроводом связана с первым рекуператором, причем охладитель-подогреватель водопроводами связан с первым насосом и экономайзером котла-утилизатора и трубопроводами - с конденсатором-испарителем и со вторым рекуператором, при этом паровые турбины высокого, среднего и низкого давления через общий вал связаны с электрическим генератором.
Согласно изобретению первый рекуператор паропроводом связан с отбором паровой турбины среднего давления, а подогреватель паропроводом связан с ее выходом, а также трубопроводами связан с охладителем-подогревателем и конденсатором-испарителем, а водопроводом связан с третьим насосом, который связан с конденсатором-испарителем.
В предложенной парогазовой установке по сравнению с прототипом пар в первый рекуператор идет не с выхода турбины среднего давления, а из отбора, а затем оставшаяся часть пара после дополнительного расширения с выхода турбины идет в подогреватель, в котором нагревает рабочее тело (низкокипящее вещество, например, пентан) второго цикла до температуры на 10-15 градусов ниже температуры насыщения пара первого цикла в конденсаторе-испарителе. Дополнительное расширение оставшейся части пара в турбине среднего давления для подогрева второго рабочего тела в подогревателе позволяет увеличить ее мощность, При этом дополнительный подогрев второго рабочего тела в подогревателе позволяет увеличить расход пара во втором цикле, вырабатываемого в конденсаторе-испарителе, и, таким образом, увеличить мощность турбины низкого давления. В результате чего происходит увеличение КПД парогазовой установки по сравнению с прототипом на 0,2-0,4%.
На чертеже представлена схема заявляемой парогазовой установки.
Парогазовая установка содержит газотурбинную установку 1 (ГТУ), связанную газоходом с котлом-утилизатором 2, в который встроены связанные между собой поверхности нагрева экономайзера 3, испарителя 4 и пароперегревателя 5, а также поверхности нагрева промежуточного пароперегревателя 6. Паровые турбины высокого 7, среднего 8 и низкого 9 давления через общий вал связаны с электрическим генератором 10. Пароперегреватель 5 паропроводом связан с паровой турбиной высокого давления 7, которая паропроводом связана с промежуточным пароперегревателем 6, который паропроводом связан с паровой турбиной среднего давления 8. Паровая турбина среднего давления 8 паропроводом связана с первым рекуператором 11, который паропроводом связан с конденсатором-испарителем 12. Конденсатор-испаритель 12 водопроводом связан с первым насосом 13, который водопроводом через охладитель-подогреватель 14 связан с экономайзером 3. Первый рекуператор 11 паропроводом связан с паровой турбиной низкого давления 9, которая паропроводом связана со вторым рекуператором 15, который паропроводом связан с конденсатором 16. Конденсатор 16 водопроводом связан со вторым насосом 17, который водопроводом связан со вторым рекуператором 15. Второй рекуператор 15 трубопроводом связан с охладителем-подогревателем 14, который трубопроводом связан с подогревателем 19, который трубопроводом связан с конденсатором-испарителем 12. Подогреватель 19 паропроводом связан с выходом турбины среднего давления 8, а водопроводом связан с третьим насосом 20, который водопроводом связан с конденсатором-испарителем 12. Котел-утилизатор 2 снабжен газоходом 18 для отвода газов в дымовую трубу.
Парогазовая установка работает следующим образом. Газы, образующиеся в результате работы газотурбинной установки 1 (ГТУ), с температурой, например, 450-650°С поступают в котел-утилизатор 2, где в экономайзере 3 нагревают первое рабочее тело, например, воду, до кипения, в испарителе 4 превращают ее в насыщенный пар и в пароперегревателе 5 перегревают пар до температуры на 20-30°С ниже температуры газов, поступающих в котел-утилизатор 2. Перегретый пар поступает в паровую турбину высокого давления 7, где вырабатывает механическую мощность, и поступает в промежуточный пароперегреватель 6, где за счет тепла газов нагревается до температуры на 20-30°С ниже температуры газов, поступающих в котел-утилизатор 2. Из промежуточного пароперегревателя 6 перегретый пар поступает в паровую турбину среднего давления 8, где вырабатывает механическую мощность, и при давлении выше атмосферного с температурой 130-150°С из отбора уходит через первый рекуператор 11 в конденсатор-испаритель 12, в котором конденсируется. Образовавшийся конденсат насосом 13 сжимается до около или сверхкритического давления и подается через охладитель-подогреватель 14 в экономайзер 3. В конденсаторе-испарителе 12 за счет тепла конденсирующегося пара нагревается и испаряется второе рабочее тело (низкокипящее вещество, например, пентан), которое перегревается в первом рекуператоре 11 выше температуры насыщения и поступает в паровую турбину низкого давления 9, где вырабатывает механическую мощность, и через второй рекуператор 15 уходит в конденсатор 16, в котором конденсируется. Образовавшийся конденсат вторым насосом 17 сжимается до давления на 30% выше, чем давление в конденсаторе-испарителе 12, и через второй рекуператор 15, охладитель-подогреватель 14 и подогреватель 19 перекачивается в конденсатор-испаритель 12. Пар в подогреватель 19 подается с выхода турбины среднего давления 8, Конденсат пара из подогревателя 19 третьим насосом 20 перекачивается в конденсатор-испаритель 12. Паровые турбины высокого 7, среднего 8 и низкого 9 давления через общий вал передают механическую мощность электрическому генератору 10, который вырабатывает электроэнергию. Отдавшие теплоту газы из котла утилизатора 2 через газоход 18 отводятся в дымовую трубу.
Дополнительное расширение пара в турбине среднего давления 8 для подогрева второго рабочего тела в подогревателе 19 позволяет увеличить ее мощность, а дополнительный подогрев второго рабочего тела в подогревателе 19 позволяет увеличить расход пара, вырабатываемого в конденсаторе-испарителе 12, и, таким образом, увеличить мощность турбины низкого давления 9, что приводит к увеличению мощности и КПД производства электроэнергии.