ПАРОГАЗОВАЯ УСТАНОВКА С ПАРОТУРБИННЫМ ПРИВОДОМ КОМПРЕССОРА И ВЫСОКОНАПОРНЫМ ПАРОГЕНЕРАТОРОМ
COMBINED-CYCLE PLANT WITH STEAM TURBINE DRIVE OF COMPRESSOR AND HIGH-PRESSURE STEAM GENERATOR

Парогазовая установка с паротурбинным приводом компрессора и высоконапорным парогенератором относится к энергетике и может быть применена на тепловых электростанциях.
Известны традиционные схемы парогазовых установок с высоконапорным парогенератором и приводом компрессора от газовой турбины. Большая часть мощности газовой турбины расходуется на привод компрессора, поэтому мощность парогазовых установок с одной газовой турбиной оказывается существенно меньше предельной мощности паротурбинных блоков. Преимущество парогазовых установок с высоконапорным парогенератором по сравнению с парогазовыми установками других типов связано с их более высокой тепловой экономичностью и значительно меньшей металлоемкостью.
В тепловых схемах парогазовых установок с высоконапорными парогенераторами при давлении 0,6-1,5 МПа максимальное значение температуры газов перед газовой турбиной на выходе из высоконапорного парогенератора составляет около 800°C, в основном из-за ограничений по температуре металла пароперегревателей (А.И. Андрющенко, В.Н. Лапшов. Парогазовые установки электростанций. М.: Энергия, 1965. c.11, рис.1-1, табл.2-1).
У современных газотурбинных установок степень повышения давления 15-16, а температура газов на входе в газовую турбину зачастую выше 1100-1200°C, поэтому традиционные схемы парогазовых установок с высоконапорным парогенератором и приводом компрессора от газовой турбины в современной теплоэнергетике не применяются.
Известны также парогазовые установки с паротурбинным приводом компрессора.
Воздух после компрессора подается в камеру сгорания газовой турбины. Продукты сгорания из газовой турбины поступают в паровой котел-утилизатор, где генерируется перегретый пар, подаваемый в паровую турбину. В отличие от традиционных схем ПТУ здесь компрессор приводится паровой турбиной, а газовая турбина соединена валом с электрическим генератором. Конденсат пара подается питательным насосом в котел-утилизатор (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).
Преимущества парогазовых установок с паротурбинным приводом компрессора связаны с тем, что:
- снижается степень повышения давления воздуха в компрессоре, поэтому уменьшается мощность, затрачиваемая на привод компрессора,
- повышаются температура газа на выходе из газовой турбины и паропроизводительность котла-утилизатора.
Недостатками парогазовой установки с паротурбинным приводом компрессора является ее недостаточно высокая удельная мощность, отнесенная к килограмму сжимаемого воздуха, паропроизводительность котла-утилизатора и высокая металлоемкость.
Техническим результатом изобретения является увеличение мощности парогазовой установки с паротурбинным приводом компрессора и снижение ее металлоемкости.
Технический результат достигается тем, что парогазовая установка с паротурбинным приводом компрессора, содержащая конденсационную паровую турбину с конденсатором, компрессор, камеру сгорания, газовую турбину, электрогенератор, котел-утилизатор с барабаном, пароперегревателем и газоводяным подогревателем питательной воды, паропровод острого пара, трубопровод питательной воды с питательным насосом; выход компрессора связан с газовой турбиной, пароперегреватель соединен паропроводом острого пара с входом паровой турбины, конденсатор трубопроводом питательной воды с питательным насосом связан с входом газоводяного подогревателя питательной воды котла-утилизатора, выход газовой турбины соединен с атмосферой через котел-утилизатор, ротор паровой турбины связан валом с ротором компрессора, ротор газовой турбины соединен валом с ротором электрогенератора, причем она дополнительно содержит противодавленческую паровую турбину, высоконапорный парогенератор, газоводяной подогреватель конденсата, 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, при этом двухкорпусная часть имеет внутренний и наружный корпусы, в ее внутреннем корпусе последовательно по ходу газов установлены камера неполного сгорания топлива, испаритель и вторая ступень газоводяного подогревателя питательной воды, а 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; газоводяной подогреватель конденсата размещен по ходу газов в выходной части котла-утилизатора; выход компрессора связан по воздуху через высоконапорный парогенератор с входом газовой турбины; к камере неполного сгорания топлива и к камере дожигания топлива высоконапорного парогенератора подведено газообразное или жидкое топливо; конденсатор конденсационной паровой турбины подключен к первому входу вакуумного деаэратора, выход которого через трубопровод питательной воды с питательным насосом, первую и вторую ступени газоводяного подогревателя питательной воды, трубопровод подогретой воды и трубопровод горячей питательной воды связан с первым входом барабана; первый выход барабана связан трубопроводом кипящей воды через испаритель и трубопровод насыщения со вторым входом барабана, второй выход барабана соединен с входом пароперегревателя, пароперегреватель паропроводом острого пара соединен с входом противодавленческой паровой турбины, выход которой связан перепускным паропроводом с входом конденсационной паровой турбины; выход вакуумного деаэратора через газоводяной подогреватель конденсата и трубопровод греющей воды соединен со вторым входом вакуумного деаэратора; ротор противодавленческой паровой турбины соединен валом с ротором компрессора, ротор электрогенератора соединен с валами с ротором газовой турбины и с ротором конденсационной паровой турбины.
Предлагаемое изобретение позволяет:
- увеличить величину отношения  - расхода пара к расходу газов до 0,3-0,35, в зависимости от температуры газа перед газовой турбиной, повысить паропроизводительность парогазовой установки и осуществлять привод компрессора от дополнительной противодавленческой паровой турбины, а конденсационную паровую турбину использовать для привода электрогенератора;
- снизить металлоемкость теплообменных поверхностей парогазовой установки за счет размещения второй ступени газоводяного подогревателя питательной воды и испарителя в дополнительном высоконапорном парогенераторе;
- повысить электрическую мощность парогазовой установки за счет дополнительной электрической мощности конденсационной паровой турбины;
- ступенчатое сгорание в камере неполного сгорания и в камере дожигания топлива высоконапорного парогенератора способствует снижению температуры газа во внутреннем корпусе двухкорпусной части высоконапорного парогенератора, повышению надежности испарителя и второй ступени газоводяного подогревателя питательной воды, а также уменьшению образования двуокиси азота в продуктах сгорания.
На чертеже изображена тепловая схема парогазовой установки с паротурбинным приводом компрессора и высоконапорным парогенератором.
Тепловая схема содержит: противодавленческую паровую турбину 1, компрессор 2, камеру неполного сгорания топлива 3, вторую ступень газоводяного подогревателя питательной воды 4, внутренний корпус 5, испаритель 6, высоконапорный парогенератор 7, камеру дожигания топлива 8, газовую турбину 9, электрогенератор 10, перепускной паропровод 11, конденсационную паровую турбину 12, паропровод острого пара 13, трубопровод подогретой воды 14, трубопровод горячей питательной воды 15, трубопровод кипящей воды 16, трубопровод насыщения 17, барабан, котел-утилизатор 19, пароперегреватель 20, первую ступень газоводяного подогревателя питательной воды 21, вакуумный деаэратор 22, конденсатопровод 23, трубопровод питательной воды 24 с питательным насосом, газоводяной подогреватель конденсата 25, трубопровод греющей воды 26. Выход компрессора 2 через камеру неполного сгорания топлива 3, вторую ступень газоводяного подогревателя питательной воды 4 и испаритель 6 внутренний корпус 5 и камеру дожигания топлива 8 высоконапорный парогенератор 7 связан с газовой турбиной 9, ротор которой соединен валом с ротором электрогенератора 10, который также соединен валом с ротором конденсационной паровой турбины 12. Ее конденсатор конденсатопроводом 23 соединен с первым входом вакуумного деаэратора 22. Выход вакуумного деаэратора 22 через газоводяной подогреватель конденсата 25 котла-утилизатора 19 и трубопровод греющей воды 26 связан со вторым входом вакуумного деаэратора 22. Кроме того, выход вакуумного деаэратора 22 через трубопровод питательной воды 24 с питательным насосом, первую ступень газоводяного подогревателя питательной воды 21 котла-утилизатора 19, трубопровод подогретой воды 14, вторую ступень газоводяного подогревателя питательной воды 4 высоконапорного парогенератора 7, трубопровод подогретой воды 14 и трубопровод горячей питательной воды 15 связан с первым входом барабана 18 котла-утилизатора 19.
Первый выход барабана 18 связан трубопроводом кипящей воды 16 через испаритель 6 и трубопровод насыщения 17 со вторым входом барабана 18, второй выход барабана 18 соединен с входом пароперегревателя 20 котла-утилизатора 19, пароперегреватель 20 паропроводом острого пара 13 соединен с входом противодавленческой паровой турбины 1, выход которой связан перепускным паропроводом 11 с входом конденсационной паровой турбины 12. Ротор противодавленческой паровой турбины 1 соединен валом с ротором компрессора 2.
Парогазовая установка с паротурбинным приводом компрессора работает следующим образом. Атмосферный воздух сжимается в компрессоре 2, и поступает на вход высоконапорного парогенератора 7, где разделяется на два потока. Первый поток сжатого воздуха подается во внутренний корпус 5 высоконапорного парогенератора 7, где в камере неполного сгорания топлива 3 производится частичное сгорание подводимого топлива с повышением температуры образующихся неполных продуктов сгорания, которые затем охлаждаются, передавая теплоту второй ступени газоводяного подогревателя питательной воды 4 и испарителю 6. Продукты неполного сгорания, вышедшие из внутреннего корпуса 5 далее поступают в однокорпусную часть высоконапорного парогенератора 7, где смешиваются со сжатым воздухом, поступающим в нее через воздуховод между наружным и внутренним корпусами высоконапорного парогенератора 7. Частично охлажденные при этом продукты сгорания дополнительно нагреваются до требуемой температуры за счет сжигания топлива в камере дожигания топлива 8 и поступают в газовую турбину 9. После расширения в ней с совершением полезной работы, используемой для привода электрогенератора 10, отработавшие продукты сгорания поступают в котел-утилизатор 19, где охлаждаются, отдавая свою теплоту в пароперегревателе 20, в первой ступени газоводяного подогревателя питательной воды 21, в газоводяном подогревателе конденсата 25 и сбрасываются в атмосферу.
Конденсат конденсационной паровой турбины 12 через конденсатопровод 23 поступает в первый вход вакуумного деаэратора 22 и деаэрируется в нем. Деаэрированая вода выходит из вакуумного деаэратора 22 и разделяется на два потока. Ее первый поток через газоводяной подогреватель конденсата 25 котла-утилизатора 19 по трубопроводу греющей воды поступает во второй вход вакуумного деаэратора 22. Второй поток деаэрированной воды через трубопровод питательной воды 24 с питательным насосом подается в первую ступень газоводяного подогревателя питательной воды 21 котла-утилизатора 19, где нагревается за счет утилизации теплоты отработавших газов. Питательная вода по трубопроводу подогретой воды 14 подается во вторую ступень газоводяного подогревателя питательной воды 4 высоконапорного парогенератора 7, где дополнительно подогревается и по трубопроводу горячей питательной воды 15 входит в первый вход барабана 18 котла-утилизатора 19. Из барабана 18 по трубопроводу кипящей воды 16 она поступает в испаритель 6 высоконапорного парогенератора 7, доходит до насыщения и по трубопроводу насыщения 17 подается во второй вход барабана 18. В нем производится отделение насыщенного пара, который из второго выхода барабана 18 поступает в пароперегреватель 20 котла-утилизатора 19. Перегретый пар из пароперегревателя 20 по паропроводу острого пара 13 подается на вход противодавленческой паровой турбины 1, расширяется в ней с совершением полезной работы используемой для механического привода компрессора 2. Отработавший в противодавленческой паровой турбине 1 пар среднего давления по перепускному паропроводу 11 подается на вход конденсационной паровой турбины 12, полезная работа которой используется для привода электрогенератора 10.