СПОСОБ РАБОТЫ ПАРОГАЗОВОЙ УСТАНОВКИ ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ
WORK METHOD OF COMBINED CYCLE GAS TURBINE POWER PLANT

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано на тепловых электрических станциях.
Известен аналог - способ работы парогазовой установки электростанции (см. Буров В.Д., Дорохов Е.В., Елизаров Д.П. и др. Тепловые электрические станции. М.: Издательство МЭИ, 2007, рис. 15.12, с. 388), по которому органическое топливо и сжатый в турбокомпрессоре атмосферный воздух подают в камеру сгорания газотурбинной установки, где осуществляется процесс горения органического топлива с образованием нагретых до высокой температуры продуктов сгорания, продукты сгорания смешивают с вторичным воздухом, образовавшиеся в процессе смешения газы направляют в газовую турбину, в газовой турбине осуществляется процесс расширения газов и совершается работа газотурбинного цикла, затрачиваемая на привод турбокомпрессора и электрогенератора, отработавшие в газовой турбине газы направляют в котел-утилизатор, в котле-утилизаторе в процессе охлаждения газов генерируется водяной пар, водяной пар подают в паровую турбину конденсационного типа, состоящую из цилиндра высокого давления и цилиндра низкого давления, а отработавшие газы отводят в атмосферу, в паровой турбине конденсационного типа осуществляется процесс расширения водяного пара и совершается полезная работа паросилового цикла, затрачиваемая на привод электрического генератора, отработавший в паровой турбине водяной пар отводят в конденсатор, где в процессе теплообмена с циркуляционной водой осуществляют конденсацию водяного пара, образовавшийся в конденсаторе конденсат насосом подают в котел-утилизатор. Данный способ принят за прототип.
К причине, препятствующей достижению указанного ниже технического результата при реализации известного способа работы парогазовой установки электростанции, принятого за прототип, относится то, что парогазовая установка электростанции обладает пониженной надежностью и экономичностью работы, так как не производится промежуточный перегрев частично отработавшего в цилиндре низкого давления (ЦНД) паровой турбины конденсационного типа водяного пара. При отсутствии промежуточного перегрева повышается влажность водяного пара на выходе из ЦНД паровой турбины конденсационного типа, что снижает ее надежность вследствие эрозионного износа лопаток последних ступеней ЦНД. При этом снижается экономичность работы паровой турбины конденсационного типа, так как не производится дополнительный подвод теплоты к водяному пару в паросиловом цикле. Таким образом, при отсутствии промежуточного перегрева частично отработавшего в ЦНД паровой турбины водяного пара снижаются надежность и экономичность работы паровой турбины конденсационного типа и парогазовой установки электростанции.
Технический результат - повышение надежности и экономичности работы парогазовой установки электростанции путем увеличения степени сухости и располагаемого теплоперепада водяного пара, частично отработавшего в цилиндре низкого давления паровой турбины конденсационного типа, и увеличения коэффициента полезного действия газотурбинной установки за счет снижения работы сжатия в двухступенчатом турбокомпрессоре газотурбинной установки.
Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном способе работы парогазовой установки электростанции, по которому органическое топливо и сжатый в турбокомпрессоре атмосферный воздух подают в камеру сгорания газотурбинной установки, где осуществляется процесс горения органического топлива с образованием нагретых до высокой температуры продуктов сгорания, продукты сгорания смешивают с вторичным воздухом, образовавшиеся в процессе смешения газы направляют в газовую турбину, в газовой турбине осуществляется процесс расширения газов и совершается работа газотурбинного цикла, затрачиваемая на привод турбокомпрессора и электрогенератора, отработавшие в газовой турбине газы направляют в котел-утилизатор, в котле-утилизаторе в процессе охлаждения газов генерируется водяной пар, водяной пар подают в паровую турбину конденсационного типа, состоящую из цилиндра высокого давления и цилиндра низкого давления, а отработавшие газы отводят в атмосферу, в паровой турбине конденсационного типа осуществляется процесс расширения водяного пара и совершается полезная работа паросилового цикла, затрачиваемая на привод электрического генератора, отработавший в паровой турбине водяной пар отводят в конденсатор, где в процессе теплообмена с циркуляционной водой осуществляют конденсацию водяного пара, образовавшийся в конденсаторе конденсат насосом подают в котел-утилизатор, особенность заключается в том, что дополнительно используют двухступенчатый турбокомпрессор со ступенями низкого и высокого давления, при этом осуществляют промежуточный перегрев частично отработавшего в цилиндре низкого давления паровой турбины конденсационного типа водяного пара перед подачей его в последние ступени цилиндра низкого давления теплотой воздуха, нагретого в процессе сжатия в ступени низкого давления двухступенчатого турбокомпрессора газотурбинной установки.
Для повышения надежности и экономичности работы парогазовой установки электростанции предлагается осуществлять промежуточный перегрев частично отработавшего в ЦНД паровой турбины конденсационного типа водяного пара теплотой воздуха, нагретого в результате процесса сжатия в ступени низкого давления двухступенчатого турбокомпрессора газотурбинной установки. Промежуточный перегрев водяного пара частично отработавшего в ЦНД позволяет увеличить степень сухости водяного пара на выходе из последних ступеней ЦНД, что повышает надежность работы паровой турбины конденсационного типа за счет снижения эрозионного износа лопаток последних ступеней ЦНД. При этом повышается располагаемый теплоперепад водяного пара за счет подвода к нему дополнительной теплоты, что увеличивает мощность паровой турбины конденсационного типа. Кроме того, охлаждение воздуха перед подачей его в ступень высокого давления двухступенчатого турбокомпрессора газотурбинной установки позволяет уменьшить потребляемую турбокомпрессором мощность вследствие снижения удельного объема воздуха, увеличить полезную работу газовой турбины и коэффициент полезного действия газотурбинной установки.
На чертеже представлена схема парогазовой установки электростанции, реализующая предлагаемый способ, где показаны:
газотурбинная установка, включающая газовую турбину 1, двухступенчатый турбокомпрессор, состоящий из ступени низкого давления 2 и из ступени высокого давления 3, камеру сгорания 4 и электрогенератор 5, промежуточный воздухоохладитель 6, котел-утилизатор 7, и паротурбинная установка, включающая паровую турбину конденсационного типа 8 с конденсатором 9, электрический генератор 10 и насос 11. Паровая турбина конденсационного типа 8 состоит из цилиндра высокого давления (ЦВД) и цилиндра низкого давления (ЦНД).
Способ реализуется следующим образом.
Атмосферный воздух подают в ступень низкого давления 2 двухступенчатого турбокомпрессора, где осуществляется процесс сжатия воздуха. В процессе сжатия воздух нагревается. Подогретый воздух направляют в греющий тракт промежуточного воздухоохладителя 6, в нагреваемый тракт которого подают отработавший в ЦВД и частично отработавший в ЦНД паровой турбины конденсационного типа 8 водяной пар. В процессе теплообмена между воздухом и водяным паром в промежуточном воздухоохладителе 6 водяной пар перегревают, а воздух охлаждают. Охлажденный в промежуточном воздухоохладителе 6 воздух подают в ступень высокого давления 3 двухступенчатого турбокомпрессора, а перегретый водяной пар направляют в последние ступени ЦНД паровой турбины конденсационного типа 8. В ступени высокого давления 3 двухступенчатого турбокомпрессора воздух сжимают до необходимого давления, после чего направляют в камеру сгорания 4, куда также подают органическое топливо. В камере сгорания 4 осуществляют сгорание органического топлива с образованием нагретых до высокой температуры продуктов сгорания. Образовавшиеся в камере сгорания 4 продукты сгорания смешивают с вторичным воздухом. Смесь продуктов сгорания с вторичным воздухом (газы) направляют в газовую турбину 1, в которой осуществляется работа газотурбинного цикла, затрачиваемая на привод электрогенератора 5 и двухступенчатого турбокомпрессора, состоящего из ступени низкого давления 2 и из ступени высокого давления 3. Отработавшие в газовой турбине газы подают в котел-утилизатор 7, где в процессе охлаждения газов генерируется водяной пар. Отработавшие в котле-утилизаторе 7 газы отводят в атмосферу, а водяной пар направляют в паровую турбину конденсационного типа 8. В паровой турбине конденсационного типа 8 осуществляется процесс расширения водяного пара и совершается полезная работа паросилового цикла, затрачиваемая на привод электрического генератора 10. При этом водяной пар последовательно расширяется в ЦВД, в первых ступенях ЦНД и направляется в промежуточный воздухоохладитель 6, где перегревается до заданной температуры и подается в последние ступени ЦНД паровой турбины конденсационного типа 8. Отработавший в паровой турбине конденсационного типа 8 водяной пар подают в конденсатор 9, в котором осуществляют процесс конденсации водяного пара, после чего образовавшийся в конденсаторе конденсат насосом 11 направляют в котел-утилизатор 7.
Таким образом, перегрев водяного пара, частично отработавшего в первых ступенях ЦНД паровой турбины конденсационного типа, в промежуточном воздухоохладителе теплотой воздуха, сжатого в ступени низкого давления турбокомпрессора газотурбинной установки, позволяет повысить надежность и экономичность работы парогазовой установки электростанции путем увеличения степени сухости и располагаемого теплоперепада водяного пара и повысить коэффициент полезного действия газотурбинной установки за счет снижения работы сжатия в турбокомпрессоре газотурбинной установки.