Парогазовая установка с паротурбинным приводом компрессора, регенеративным воздухоподогревателем и высоконапорным парогенератором
COMBINED-CYCLE PLANT WITH A STEAM TURBINE COMPRESSOR DRIVE, A REGENERATIVE AIR HEATER AND A HIGH-PRESSURE STEAM GENERATOR

Парогазовая установка с паротурбинным приводом компрессора, регенеративным воздухоподогревателем и высоконапорным парогенератором относится к энергетике и может быть применена на тепловых электростанциях.
Известна парогазовая установка с паротурбинным приводом компрессора. (Зарянкин А.Е., Зарянкин В.А., Сторожук С.К., Арианов С.В. Сравнительный анализ схем ПТУ с газотурбинным и паротурбинным приводами компрессора. Газотурбинные технологии, №8. 2008). Положительным качеством этой ПГУ является уменьшение степени повышения давления в компрессоре приводимого от паровой турбины. Недостатками являются недостаточная тепловая экономичность и высокая металлоемкость этой ПГУ.
Известна парогазовая установка с паротурбинным приводом компрессора и регенеративной газовой турбиной (Патент РФ № 2409746), содержащая конденсационную паровую турбину, компрессор, камеру сгорания, газовую турбину, котел-утилизатор с пароперегревателем, испарителем, газоводяным подогревателем питательной воды, газопровод, электрогенератор, конденсатор. Пароперегреватель связан паропроводом перегретого пара с входом конденсационной паровой турбины, ее конденсатор соединен с входом газоводяного подогревателя питательной воды. Применение парового привода компрессора и регенеративного воздухоподогревателя повышает тепловую экономичность установки. Недостатком этой ПГУ является повышенная металлоемкость поверхностей нагрева котла-утилизатора.
Известна парогазовая установка с паротурбинным приводом компрессора и высоконапорным парогенератором (патент РФ №2533593), содержащая противодавленческую паровую турбину, компрессор, высоконапорный парогенератор, газовую турбину, электрогенератор, конденсационную паровую турбину с конденсатором, котел-утилизатор с барабаном, пароперегревателем, первой ступенью газоводяного подогревателя питательной воды и газоводяным подогревателем конденсата, вакуумный деаэратор; паропровод острого пара, перепускной паропровод, конденсатопровод, вакуумный деаэратор, трубопровод греющей воды, трубопровод подогретой воды, трубопровод горячей питательной воды, трубопровод кипящей воды, трубопровод насыщения; высоконапорный парогенератор выполнен состоящим из двухкорпусной и однокорпусной частей, двухкорпусная часть имеет внутренний и наружный корпусы, во внутреннем корпусе последовательно по ходу газов установлены камера неполного сгорания топлива, испаритель и вторая ступень газоводяного подогревателя питательной воды, в однокорпусной части установлена камера дожигания топлива; пространство между наружным и внутренним корпусами двухкорпусной части высоконапорного парогенератора служит воздуховодом между компрессором и его однокорпусной частью; пароперегреватель соединен паропроводом острого пара с входом противодавленческой паровой турбины, выход которой соединен перепускным паропроводом с входом конденсационной паровой турбины, конденсатор подключен к первому входу вакуумного деаэратора, выход которого через газоводяной подогреватель конденсата связан со вторым входом вакуумного деаэратора, а также связан трубопроводом питательной воды с питательным насосом с первой ступенью газоводяного подогревателя питательной воды; ротор противодавленческой паровой турбины соединен валом с ротором компрессора, ротор электрогенератора соединен с валами с ротором газовой турбины и с ротором конденсационной паровой турбины. Преимуществами этой установки является возможность повышения температуры продуктов сгорания перед газовой турбиной, снижение металлоемкости высоконапорного парогенератора и повышение экологичности установки с уменьшением содержания двуокиси азота в продуктах сгорания. Недостатками ПГУ является недостаточно высокая электрическая мощность, тепловая экономичность и повышенная металлоемкость котла-утилизатора. Эта ПГУ принята в качестве прототипа изобретения.
Техническим результатом изобретения является увеличение паропроизводительности, электрической мощности, тепловой экономичности и снижение металлоемкости поверхностей нагрева котла-утилизатора предлагаемой парогазовой установки с паротурбинным приводом компрессора и регенеративным воздухоподогревателем.
Технический результат достигается тем, что парогазовая установка содержащая противодавленческую и конденсационную паровые турбины, высоконапорный парогенератор, состоящий из внутреннего и наружного корпусов, котел-утилизатор с подогревателем питательной воды (экономайзером) и газоводяным подогревателем конденсата, вакуумный деаэратор; паропровод перегретого пара высокого давления и перепускной паропровод, трубопровод питательной воды с питательным насосом; во внутреннем корпусе высоконапорного парогенератора установлены камера неполного сгорания топлива, испаритель и пароперегреватель, за внутренним корпусом установлена камера дожигания топлива; конденсатор подключен к первому входу вакуумного деаэратора, выход которого через газоводяной подогреватель конденсата связан со вторым входом вакуумного деаэратора, а также связан трубопроводом питательной воды с питательным насосом с входом газоводяного подогревателя питательной воды(экономайзера) котла-утилизатора, выход которого связан через испаритель с барабаном; который связан через пароперегреватель паропроводом высокого давления с входом противодавленческой паровой турбины, выход которой соединен перепускным паропроводом с конденсационной паровой турбиной, ротор противодавленческой турбины соединен с ротором компрессора, роторы газовой и конденсационной турбин соединены валом с ротором электрогенератора; к камере неполного сгорания топлива и к камере дожигания топлива высоконапорного парогенератора подведено газообразное или жидкое топливо, причем парогазовая установка дополнительна снабжена регенеративным воздухоподогревателем установленным по ходу сжатого воздуха между компрессором и высоконапорным парогенератором, выход газовой турбины связан газоходом через регенеративный воздухоподогреватель с входом котла-утилизатора.
На чертеже изображена тепловая схема парогазовой установки с паровым приводом компрессора, регенеративным воздухоподогревателем и высоконапорным парогенератором. Она включает противодавленческую паровую турбину 1, компрессор 2, регенеративный воздухоподогреватель 3, высоконапорный парогенератор 4, внутренний корпус высоконапорного парогенератора 5, газовую турбину 6, электрогенератор 7, конденсационную паровую турбину 8, камеру неполного сгорания топлива 9, камеру дожигания топлива 10, конденсатор 11, испаритель 12, пароперегреватель 13, котел-утилизатор 14, газоводяной подогреватель питательной воды (экономайзер) 15, барабан 16, вакуумный деаэратор 17, газоводяной подогреватель конденсата 18, трубопровод питательной воды с питательным насосом 19, перепускной паропровод 20, газоход 21. паропровод перегретого пара высокого давления 22.
Парогазовая установка с паровым приводом компрессора, регенеративным воздухоподогревателем и высоконапорным парогенератором работает следующим образом. Атмосферный воздух сжимается в компрессоре 2 нагревается в регенеративном воздухоподогревателе 3 за счет тепла газов расширенных в газовой турбине 6, и поступает в высоконапорный парогенератор 4 и разделяется на два потока. Первый поток воздуха поступает во внутренний корпус 5 высоконапорного парогенератора 4, камере неполного сгорания топлива 9 частично сжигается топливо при коэффициенте избытка воздуха α = 0,7 - 0,8. Продукты сгорания передают теплоту испарителю 12 и пароперегревателю 13, и поступают в однокорпусную часть высоконапорного парогенератора 4, где смешиваются со сжатым воздухом, поступающим в нее через воздуховод между наружным и внутренним корпусами высоконапорного парогенератора 4. В камере дожигания топлива 10 сжигается дополнительное количество топлива с повышением до требуемой температуры газа перед газовой турбиной 6, полезную работу которой используют для привода электрогенератора 7. Расширенные в газовой турбине 6 продукты сгорания поступают в котел-утилизатор 14 и отдают теплоту газоводяному подогревателю питательной воды 15, газоводяному подогревателю конденсата 18 и сбрасываются в атмосферу. Перегретый пар по паропроводу перегретого пара высокого давления 22 поступает в противодавленческую паровую турбину 1, полезную работу которой используют для привода компрессора 2. Пар, расширенный в турбине 1 по перепускному паропроводу 20, подается в конденсационную паровую турбину 8, расширяется и поступает в конденсатор 11. Из него конденсат подается в первый вход вакуумного деаэратора 17. Первый поток деаэрированной воды подается в газоводяной подогреватель конденсата 18, где нагревается и поступает во второй вход вакуумного деаэратора 17. Второй поток подается по трубопроводу питательной воды 19 с питательным насосом в газоводяной подогреватель питательной воды 15, где нагревается за счет утилизации теплоты газов. Нагретая питательная вода подается в испаритель 12 частично испаряется, из барабана насыщенный пар подается в пароперегреватель 13.
Применение в парогазовой установке с высоконапорным парогенератором парового привода компрессора и регенеративного воздухоподогревателя позволяет:
- уменьшить степень повышения давления в компрессоре увеличить расход воздуха через компрессор, снизить давление газов в высоконапорном парогенераторе, увеличить паропроизводительность высоконапорного парогенератора, повысить электрическую мощность;
- за счет применения регенеративного воздухоподогревателя повысить тепловую экономичность ПГУ, уменьшить температуру продуктов сгорания перед котлом-утилизатором и снизить его металлоемкость.