КОМБИНИРОВАННАЯ ПАРОГАЗОВАЯ УСТАНОВКА С ПАРАЛЛЕЛЬНОЙ СХЕМОЙ РАБОТЫ

Полезная модель предназначена для использования в теплоэнергетике и может быть применена при создании парогазовых установок (ПГУ) повышенной эффективности путем газотурбинной надстройки паротурбинных установок (ПТУ) при модернизации существующих энергоблоков.
Известно устройство [1], содержащее паровой котел, многоцилиндровую паровую турбину, конденсатор, регенеративные подогреватели, газовую турбину с камерой сгорания, утилизационный подогреватель, входы и выходы секций которого по нагреваемой среде подключены к тракту питательной воды, а по нагревающей - к выхлопу газовой турбины. Недостатками данного устройства является необходимость введения расширительной турбины для срабатывания излишка пара в цилиндре низкого давления основной турбины. Кроме того, в паровом котле установлены только испарительные и пароперегревательные поверхности нагрева, а экономайзерная поверхность полностью перенесена в утилизационный подогреватель, воздухоподогреватель отсутствует, что при газотурбинной надстройке требует коренной реконструкции парового котла. Также для установки характерны большие затраты энергии на привод компрессора газотурбинной установки (ГТУ).
Известно принимаемое в качестве прототипа полезной модели устройство комбинированной парогазовой установки с параллельной схемой работы, полученное путем газотурбинной надстройки паротурбинной установки [2]. Парогазовая установка [2] содержит паротурбинную установку с паровым котлом, снабженным конвективным газоходом с размещенными в нем поверхностями нагрева
и вынесенным регенеративным воздухоподогревателем, и паровой турбиной с системой регенерации, а также газотурбинную установку с газовой турбиной и котлом-утилизатором с размещенными в нем аналогичными поверхностями нагрева, дополняющими поверхности нагрева парового котла и соединенными с ними трубопроводами. Недостатком известной парогазовой установки являются большие затраты энергии на привод компрессора газотурбинной установки: примерно две трети вырабатываемой газовой турбиной энергии расходуется в компрессоре. Соответственно, велики капитальные затраты на компрессор большой производительности.
Техническая задача, решаемая полезной моделью, состоит в уменьшении капитальных затрат на компрессор газотурбинной установки и уменьшении энергии, затрачиваемой на привод компрессора.
Указанная техническая задача решается тем, что известная комбинированная парогазовая установка с параллельной схемой работы, включающая паротурбинную установку, содержащую паровой котел, снабженный трехступенчатым ширмовым пароперегревателем, и соединенную с ним паровую турбину с системой регенерации, газотурбинную установку, содержащую компрессор с газовой турбиной и камерой сгорания, установленный на выходе газовой турбины котел-утилизатор с поверхностями нагрева, дополняющими аналогичные поверхности нагрева парового котла, согласно полезной модели, дополнительно снабжена трубопроводом, соединяющим отбор паровой турбины с камерой сгорания газотурбинной установки, а также трубопроводом, соединяющим выход по пару котла-утилизатора с трубопроводом между первой и второй ступенями ширмового пароперегревателя парового котла.
На чертеже изображена принципиальная схема комбинированной парогазовой установки с параллельной схемой работы.
Комбинированная парогазовая установка с параллельной схемой работы содержит паротурбинную и газотурбинную установки. Газотурбинная установка состоит из воздушного компрессора 1, камеры сгорания 2 и газовой турбины 3, вал которой соединен с электрическим генератором 4. На выхлопе газовой турбины 3 находится прямоточный котел-утилизатор 5, в котором размещены поверхности нагрева 6 и газовый подогреватель конденсата 7. Паротурбинная установка состоит из паровой турбины 8, вал которой соединен с электрическим генератором 9, конденсатора 10, группы конденсатных насосов 11, группы подогревателей низкого давления 12, деаэратора 13, питательного насоса 14 и группы подогревателей высокого давления 15. Паровая турбина 8 оснащена дополнительным трубопроводом 16, соединяющим отбор паровой турбины 8 с камерой сгорания 2 газотурбинной установки. В прямоточном паровом котле 17 размещены поверхности нагрева 18, а также трехступенчатый ширмовый пароперегреватель 19. Выход по пару котла-утилизатора 5 посредством трубопровода 20 соединен с трубопроводом между первой и второй ступенями ширмового пароперегревателя 19 парового котла 17. В хвостовой части парового котла 17 располагается регенеративный воздухоподогреватель 21. На линии подачи воздуха в горелки котла 17 установлен дутьевой вентилятор 22.
Парогазовая установка согласно полезной модели работает следующим образом. В парогазовой установке организован дополнительный байпас системы регенерации высокого давления 15 в котле-утилизаторе 5 газовой турбины, в котором байпас питательной воды догревается и перегревается, используя сбросное тепло газовой турбины 3. Общий поток питательной воды разделяется на два потока:
один поток с расходом номинальной производительности парового котла и второй поток с расходом, равным производительности котла-утилизатора. Перегретый пар после котла-утилизатора 5 по трубопроводу 20 направляется в паровой котел 17, в рассечку между первой и второй ступенями ширмового пароперегревателя 19. Смесь двух потоков пара догревается в паровом котле 17 до номинальной температуры, с которой он поступает в голову паровой турбины 8. По ходу пара из паровой турбины отбирается часть пара для впрыска в камеру сгорания 2 газотурбинной установки через трубопровод 16. Кроме этого в камеру сгорания газотурбинной установки подается сжатый воздух, с избытком близким к 1,0, и природный газ в виде топлива. После расширения газов в газовой турбине 3, охлажденные уходящие газы в виде парогазовой смеси поступают в котел-утилизатор 5. Для более полной утилизации тепла выхлопных газов газовой турбины в котле-утилизаторе дополнительно помещен газовый подогреватель конденсата 7, частично байпасирующий систему регенерации низкого давления 12 паротурбинной установки.
Впрыск пара в камеру сгорания газотурбинной установки позволяет понизить производительность компрессора газотурбинной установки при сохранении неизменной мощности газовой турбины. Для впрыска в камеру сгорания используется пар из отбора паровой турбины, что позволяет регулировать расход впрыскиваемого пара независимо от тепловой нагрузки котла-утилизатора, что невозможно в обычных парогазовых установках с впрыском пара [3]. Уменьшение мощности паровой турбины при отборе от нее пара компенсируется уменьшением мощности компрессора при снижении его производительности и сохранении мощности газовой турбины. Дополнительный расход пара на впрыск генерируется в котле-утилизаторе, использующем теплоту сбросных газов после газовой
турбины. Паровой баланс установки определяется отбором пара из паровой турбины и подачей этого пара в камеру сгорания газотурбинной установки. Соответственно уменьшаются пропуск пара в конденсатор и тепловые потери в конденсаторе паровой турбины, и увеличивается экономичность установки в целом.
Таким образом, предлагаемая схема позволяет понизить производительность и стоимость компрессора газотурбинной установки, снизить затраты энергии на привод компрессора за счет впрыска пара в камеру сгорания, увеличить экономичность выработки электроэнергии за счет уменьшения потерь в конденсаторе паровой турбины и за счет утилизации тепла сбросных газов газовой турбины. Кроме того, в предлагаемой схеме имеется возможность регулировать расход впрыскиваемого пара в различных режимах работы независимо от тепловой нагрузки котла-утилизатора.
Источники информации:
1. Авторское свидетельство СССР №1458606, F 01 K 23/06, 15.02.1989.
2. Авторское свидетельство РФ №2254484, F 01 K 23/06, 20.08.2003.
3. Батенин В.М., Зейгарник Ю.А., Копелев С.З. и др. Парогазовая установка с вводом пара в газовую турбину - перспективное направление развития энергетических установок // Теплоэнергетика. - 1993. - №10. - С.46-52.