ПАРОГАЗОВАЯ УСТАНОВКА

Полезная модель относится к области теплоэнергетики и может быть использована в парогазовых установках с котлами-утилизаторами и паровыми турбинами конденсационного типа.
Известна парогазовая установка (Цанев С.В., Буров В.Д., Ремезов А.Н. Газотурбинные и парогазовые установки тепловых электростанций: Учебное пособие для вузов / Под ред. С.В. Цанева - М.: Издательство МЭИ, 2002, 579 с., стр.-426), содержащая газовую турбину, одноконтурный котел-утилизатор с двумя камерами дожигания и газовым сетевым подогревателем, паровую турбину с противодавлением с производственными и отопительными отборами пара. Пар отборов паровой турбины обеспечивает технологическую тепловую нагрузку и подогрев сетевой воды в двухступенчатой сетевой установке. Пик потребления тепловой энергии обеспечивается свежим паром в пиковом бойлере, а также включением камеры дожигания перед газовым сетевым подогревателем в котле-утилизаторе.
Недостатком указанного технического решения является отсутствие возможности применения для увеличения тепловой мощности парогазовых установок с котлами-утилизаторами и паровыми турбинами конденсационного типа, а также использование камеры дожигания только в режимах пикового потребления тепловой мощности.
Известна парогазовая установка (патент на изобретение РФ №2100619, МПК F01K 21/04, 1997 г.), принятая за прототип, содержащая газовую турбину, паровую турбину с регенеративными подогревателями, котел с топочной камерой (топкой) и горелками топки, снабженный барабаном и газоходом, сообщенным на входе с выхлопом газовой турбины с возможностью перекрытия указанного входа газоплотной заслонкой, а на выходе - с топкой, снабженный дополнительной конвективной поверхностью нагрева, размещенной по ходу выхлопных газов турбины, при этом упомянутый газоход содержит вход по воздуху, сообщенный с воздуходувкой с возможностью перекрытия его газоплотной заслонкой и расположенный по ходу выхлопных газов перед указанной дополнительной поверхностью.
Недостатком указанного технического решения является высокое аэродинамическое сопротивление котла-утилизатора при использовании камеры дожигания, отсутствие возможности применения для увеличения тепловой мощности парогазовых установок с котлами-утилизаторами и паровыми турбинами конденсационного типа, а также использование камеры дожигания только в режимах пикового потребления тепловой мощности.
В известных котлах-утилизаторах перечисленных парогазовых установок, вырабатывающих пар за счет утилизации тепловой энергии уходящих газов газотурбинной установки, по ходу газов расположены: пароперегреватель, испарительный контур, газовый подогреватель конденсата. Для котлов-утилизаторов, входящих в состав парогазовых установок с паровой турбиной конденсационного типа, отпуск тепловой энергии может осуществляться только от теплообменника, греющей средой которого является основной конденсат после газового подогревателя конденсата. Установленная тепловая мощность в таком случае незначительна, тепловая энергия, отпускается только на собственные нужды станции. Для отпуска тепловой энергии внешнему потребителю на станциях с указанными энергоблоками требуется установка водогрейных котлоагрегатов. Это является основным недостатком парогазовых установок с паровой турбиной конденсационного типа.
Технический результат заявленной полезной модели заключается в повышении эффективности парогазовой установки с котлами-утилизаторами и паровыми турбинами конденсационного типа, а именно в увеличении тепловой мощности и в повышении надежности теплоснабжения.
Технический результат достигается тем, что в парогазовой установке, включающей газовую турбину, котел-утилизатор с пароперегревательными и испарительно-экономайзерными частями, камерой сжигания дополнительного топлива, газовым подогревателем конденсата, и паровую турбину, котел-утилизатор дополнительно снабжен газовым подогревателем сетевой воды, при этом в газоходе котла-утилизатора за пароперегревательными и испарительно-экономайзерными камерами последовательно установлены газовый подогреватель конденсата, газоплотные шиберы, камера сжигания дополнительного топлива, оборудованная воздушными каналами, и газовый подогреватель сетевой воды, а паровая турбина конденсационного типа.
Размещение камеры сжигания дополнительного топлива за газовым подогревателем конденсата снижает аэродинамическое сопротивление газового тракта по сравнению с прототипом, следовательно, в заявленной парогазовой установке величина снижения электрической мощности газовой турбины имеет меньшее значение.
Заявленное техническое решение поясняется иллюстрацией, на которой изображена парогазовая установка, включающая компрессор 1, камеру сгорания газовой турбины 2, газовую турбину 3, котел-утилизатор 4 с пароперегревательными и испарительно-экономайзерными частями и газовым подогревателем конденсата 5. В газовом тракте котла-утилизатора 4 за газовым подогревателем конденсата 5 установлена камера сжигания дополнительного топлива 6. В газовом тракте котла-утилизатора 4 между газовым подогревателем конденсата 5 и камерой сжигания дополнительного топлива 6 установлены газоплотные шиберы 7, обеспечивающие перекрытие газохода при останове газовой турбины 2. В камере сжигания дополнительного топлива 6 по всему поперечному сечению размещены горелочные устройства 8, а в боковых стенах газохода установлены каналы для подачи воздуха 9. Последним по ходу выхлопных газов в газовом тракте котла-утилизатора 4 установлен газовый подогреватель сетевой воды 10. Паровая турбина конденсационного типа (на иллюстрации не показана).
Парогазовая установка работает следующим образом. Сжатый до необходимого давления атмосферный воздух из компрессора 1 поступает в камеру сгорания газовой турбины 2, туда же подается основное топливо (природный газ), которое сгорая, образует большое количество продуктов сгорания под высоким давлением, поступающих в газовую турбину 3. Выхлопные газы газовой турбины 3 с температурой 480÷550°C поступают в котел-утилизатор 4, последовательно проходят пароперегревательные и испарительно-экономайзерные части где, за счет утилизации теплоты, температура выхлопных газов снижается до 95÷120°C. После газового подогревателя конденсата 5, выхлопные газы поступают в камеру сжигания дополнительного топлива 6, где в потоке выхлопных газов сжигается дополнительное топливо (природный газ) подаваемое в горелочные устройства 8. В результате этого температура выхлопных газов возрастает до 200÷270°C и снижается коэффициент избытка воздуха. В газовом подогревателе сетевой воды 10 нагревается сетевая вода до температуры, соответствующей температурному графику. За газовым подогревателем сетевой воды 10 выхлопные газы с температурой 105÷110°C через дымовую трубу выводятся в атмосферу. В случае останова газовой турбины 3 газоплотные шиберы 7 закрывают газоход, а через каналы для подачи воздуха 9 подается воздух в количестве, обеспечивающем полное сгорание топлива (природного газа).
Повышение тепловой мощности парогазовой установки обеспечивается за счет установки камеры сжигания дополнительного топлива 6 и газового подогревателя сетевой воды 10 в газоходе котла-утилизатора 4 за газовым подогревателем конденсата 5. В качестве окислителя для сжигаемого в котле-утилизаторе топлива используется кислород, содержащийся в уходящих газах газотурбинной установки. В случаях останова газовой турбины 3 для бесперебойного обеспечения потребителя тепловой энергией предусмотрена возможность автономной работы камеры сжигания дополнительного топлива 6 и газового подогревателя сетевой воды 10. В автономном режиме работы подачу к горелочным устройствам 8 необходимого количества воздуха для сжигания топлива обеспечивают воздушные каналы 9, а камера сжигания дополнительного топлива 6 и газовый подогреватель сетевой воды 10 отделяются от камер котла-утилизатора с помощью газоплотных шиберов 8. Также применение заявляемой парогазовой установки обеспечивает снижение потерь теплоты с уходящими газами, т.к. снижается коэффициент избытка воздуха в уходящих газах.
Расчет, основанный на математической модели парогазовой установки, показывает, что предлагаемый вариант котла-утилизатора способен обеспечить увеличение КПД на 4,42% по сравнению с известной парогазовой установкой с паровой турбиной конденсационного типа.
Таким образом, применение заявляемой полезной модели обеспечивает повышение эффективности парогазовой установки с котлами-утилизаторами и паровыми турбинами конденсационного типа.