ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ СХЕМА ТЕПЛОВОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СТАНЦИИ

Изобретение относится к области теплоэнергетики и может быть применено как в проектируемых электростанциях, так и при реконструкции действующих, работающих на газовом или твердом топливах.
Известна технологическая схема с парогазовой технологией сжигания топлива, которая может быть реализована в форме парогазового блока в составе газотурбогенератора и паротурбогенератора с жесткой технологической связью этих объектов, выбранная в качестве ближайшего аналога (прототипа). [Газотурбинные и парогазовые установки тепловых электростанций, учебное пособие для вузов. Под ред. С.В.Цанева, М., МЭИ, 2002. с.490].
Данная схема включает газотурбинную и паротурбинную установки с параллельными связями соответственно с газовой и паровой турбинами, котел-утилизатор, в котором используется физическое тепло сбросных газов газотурбинной установки и вырабатывается пар для паровых турбин параллельно с паровым котлом паротурбинной установки.
Рассматриваемая в качестве прототипа технологическая схема, предусматривающая использование газотурбинной и паротурбинной установок, создает ряд проблем в условиях эксплуатации, в основном, из-за жесткой технологической связи объектов, входящих в состав блока. Например, при отключении газовой турбины резко снижается выработка электроэнергии за счет отключения генератора газотурбогенератора, а также за счет уменьшения общего расхода пара на паровую турбину из-за отключения котла-утилизатора.
Задачей предлагаемого технического решения в качестве изобретения является создание технологической схемы, позволяющей повысить устойчивость и маневренность тепловой электрической станции.
Для решения поставленной задачи и достижения указанного технического результата в технологической схеме тепловой электрической станция на основе парогазового цикла, содержащей газотурбинные установки с электрогенераторами и котлами-утилизаторами, паротурбинные установки с электрогенераторами и паровыми котлами, согласно изобретению, котлы-утилизаторы связаны общим сборным коллектором-паропроводом, образующим поперечную связь по пару всех котлов-утилизаторов, и связанным соединительным паропроводом с паропроводом-коллектором паротурбинных установок, образующих поперечную связь.
Главной особенностью предлагаемой технологической схемы тепловой электрической станции является наличие двух общих параллельных паровых коллекторов: в газотурбинном отделении, осуществляющего поперечную связь по пару всех котлов-утилизаторов, и в паротурбинном отделении; при этом коллектор паротурбинного отделения, формирующий поперечную связь по пару всего паротурбинного оборудования, осуществляет подачу пара к паровым турбинам от всех газотурбинных установок с котлами-утилизаторами и паровых котлов по параллельной схеме ПТУ.
На чертеже изображена принципиальная схема тепловой электрической станции на основе парогазовой технологии-парогазовая ТЭС, которая состоит не из отдельных ПГУ блоков (как это практикуется), а из двух отдельных групп (отделений) газотурбинного и паротурбинного оборудования, связь между которыми по пару (по одному или нескольким соединительным перемычкам) и формирует схему производства электроэнергии по парогазовой технологии. В данной схеме отсутствует жесткая технологическая связь каждой газотурбинной и паротурбинной установок.
Предлагаемая технологическая схема тепловой электрической станции представлена в виде двух отделений: газотурбинного (вновь сооружаемого с необходимым числом газотурбинных установок с котлами-утилизаторами) и существующего - паротурбинного.
В газотурбинном отделении размещены газотурбогенераторы 1 с котлами-утилизаторами 2, каждый из которых отдельным паропроводом соединен с общим коллектором-паропроводом 3, связанным с общим паропроводом-коллектором 4 паротурбинного отделения соединительным паропроводом 5. К паропроводу-коллектору 4 примыкают паропроводы 6 паровых котлов 7, а также отводы 8 на паровые турбины паротурбинных установок 9, из которых пар поступает в конденсаторы 10, конденсат из которых отводится в тракт 11.
Дымовые газы от паровых котлов 7, сбросные газы газотурбинных установок 1 после котлов-утилизаторов 2 отводятся в атмосферу через дымовую трубу 12.
Работает предлагаемая технологическая схема тепловой электрической станции следующим образом.
Каждый газотурбогенератор 1 имеет индивидуальный котел-утилизатор 2, вырабатываемый пар из которых по отдельным паропроводам поступает в коллектор-паропровод 3, объединяющий по пару все котлы-утилизаторы 2. Коллектор-паропровод 3 обеспечивает поперечную связь всех газотурбинных установок 1. Из коллектора-паропровода 3 через соединительный паропровод 5 пар поступает к общему паропроводу-коллектору 4 паротурбинного отделения, который имеет отводы 8 к каждой из паровых турбин паротурбинных установок 9. Пар поступает в ЦВД, ЦСД и ЦНД паровых турбин в зависимости от параметров вырабатываемого в котлах-утилизаторах пара. Отработанный пар поступает в конденсатор 10, откуда отвод конденсата осуществляется по тракту 11 к паровым котлам и котлам-утилизаторам 2.
При предложенной схеме распределения пара устраняется жесткая связь отдельных паровых и газовых турбин и парогазовый цикл реализуется в форме парогазовой тепловой электростанции, т.к. парогазовый цикл реализуется не в виде блока паротурбогенератор + газотурбогенератор Предложенная схема обеспечивает совмещение газотурбинного и паротурбинного циклов производства электроэнергии (цикл Брайтона и цикл Ренкина) без жесткой технологической связи в паре (газотурбинной и паротурбинной), в которой осуществляется технологическая связь по пару единого газотурбинного комплекса, состоящего из нескольких газотурбогенераторов с котлами-утилизаторами, и паротурбинным комплексом 6 из ряда паротурбинных блоков (паровой таким образом, решается техническая задача
При отключении любой из газотурбинных установок поступление пара к паровым турбинам меняется незначительно (соответственно числу газотурбинных установок). При этом исключается подача пара к любой из установленных паровых турбин.
Таким образом, предложенная технологическая схема тепловой электрической станции позволяет значительно повысить устойчивость ее работы и маневренность.
Предлагаемое техническое решение соответствует критерию патентоспособности:
- «Новизна», т.к. их уровня техники неизвестна предложенная совокупность существенных признаков;
- «изобретательский уровень», т.к. из уровня техники не известно влияние каждого из существенных признаков на достижение указанного технического результата;
- «промышленная применимость», т.к. предложенное техническое решение в настоящее время готовится к реализации.
Предлагаемая технологическая схема сохраняет все отличительные достоинства параллельной схемы блочной ПТУ - возможность эксплуатации ТЭС одновременно на различных видах топлива - газ в газотурбинных установках, твердое топливо (уголь, торф, отходы) в котлах паротурбинной части ТЭС, возможность взаимного резервирования обоих производителей рабочего тела - пара для паровых турбин. Представленная технологическая схема ТЭС может также рассматриваться как этап в реализации парогазовой технологии на существующей электростанции, в рамках которого осуществляется надстройка существующего паротурбинного оборудования(паровые котлы, паровые турбины с электрогенераторами) газотурбинным комплексом (газовые турбины с электрогенераторами, котлы-утилизаторы); по мере сооружения газотурбинного комплекса возможно последовательное отключение и вывод из эксплуатации паровых котлов. При этом вместо начальной параллельной схемы формируется ПГУ-ТЭС чисто утилизационного типа.
Предложенная технологическая схема не приводит к существенным изменениям традиционной отработанной тепловой схемы блочной паротурбинной ТЭС или паротурбинной ТЭС с поперечными связями, она разделяет технологически и конструктивно генерирующие объекты с различными требованиями по компоновке, обслуживанию, условиям ремонта и монтажа. Отсутствие жесткой связи газовых и паровых турбин существенно повышает гибкость, устойчивость и маневренность энергопроизводства.
Данная технологическая схема возможна при монотопливном варианте (работа ТЭС на природном газе), а также на угольной ТЭС с газификацией топлива, и в двухтопливном варианте использования газа в ГТУ и твердого топлива в ПТУ, в равной мере применима как при газогенераторного, так и для пиролизного способа подготовки угля.