ТЕПЛОВАЯ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ

Полезная модель относится к энергетическому машиностроению для комбинированного производства электрической и тепловой энергии на тепловых электростанциях (ТЭС), преимущественно к тепловым электростанциям мощностью до 50 МВт.
Известна тепловая электростанция, содержащая газотурбинную установку (ГТУ), соединенную с электрогенератором, котел-утилизатор (КУ), подключенный к выходу газовой турбины газотурбинной установки и паровую турбину, подключенную входом к выходу пара котла-утилизатора и выходом отработавшего пара к конденсатору, который выходом подключен к конденсационному насосу для подачи конденсата в котел-утилизатор (см. книгу Цанев С.В. и др., Газотурбинные и парогазовые установки тепловых электростанций, М., МЭИ, 2002, с. 272).
В данной тепловой электростанции в котле-утилизаторе производится пар для привода паровой турбины, однако работа паровой турбины зависит от работы газотурбинной установки, что не позволяет обеспечить их автономную работу и, как результат резко сужает возможность работы на переменных режимах при работе по тепловому графику.
Наиболее близкой к полезной модели по технической сущности и достигаемому техническому результату является тепловая электростанция, а именно многорежимная теплофикационная газотурбинная установка, содержащая автономную паротурбинную установку и автономную газотурбинную установку, при этом автономная паротурбинная установка включает паровой котел, подключенный по пару к паровой расширительной машине, к выходу которой подключен теплообменный аппарат для отвода тепла, подключенный выходом охлажденного теплоносителя к паровому котлу и электрогенератор, соединенный с паровой расширительной машиной, а автономная газотурбинная установка включает газотурбинный двигатель, соединенный с электрогенератором, и водогрейный котел-утилизатор, подключенный к выходу газовой турбины газотурбинного двигателя и к теплосети (см., патент RU №2310759, кл. F01K 23/06, 20.11.2007).
Однако в данной установке при работе газотурбинной установки с водогрейным котлом-утилизатором по сопряженной схеме с паротурбинной установкой отсутствуют средства для оперативного управления работой газотурбинной и паротурбинной установок, что сужает возможности по выбору оптимального совместного режима работы установок в условиях переменного режима потребления как тепловой, так и электрической энергий. Кроме того, не используется энергия тепла, снимаемого в конденсаторе паротурбинной установки. Как результат не в полной мере используется энергия топлива для производства тепловой и электрической энергий.
Задачей полезной модели является устранение указанных выше недостатков.
Технический результат заключается в том, что достигается возможность увеличить производительность тепловой электростанции при выработке тепловой и электрической энергий с обеспечением работы при переменном режиме потребления электрической и тепловой энергий.
Указанная задача решается, а технический результат достигается за счет того, что тепловая электростанция содержит автономную паротурбинную установку и автономную газотурбинную установку, при этом автономная паротурбинная установка включает паровой котел, подключенный по пару к паровой расширительной машине, к выходу которой подключен теплообменный аппарат для отвода тепла, подключенный выходом охлажденного теплоносителя к паровому котлу, и электрогенератор, соединенный с паровой расширительной машиной, а автономная газотурбинная установка включает газотурбинный двигатель, соединенный с электрогенератором, и водогрейный котел-утилизатор, подключенный к выходу газовой турбины газотурбинного двигателя и к теплосети, при этом теплообменный аппарат для отвода тепла и котел-утилизатор параллельно и непосредственно подключены по нагреваемой среде к теплосети, электрогенераторы обеих установок подключены к общей электросети потребителя, причем автономная паротурбинная установка и автономная газотурбинная установка подключены к общей для них системе автоматического регулирования (АСУ) режима каждой из них с возможностью подачи электроэнергии на собственные нужды автономной паротурбинной установки или автономной газотурбинной установки при отключении одной из них.
В ходе проведенного исследования было выявлено, что РТУ обладают одним из самых высоких динамических показателей по пуску, набору и сбросу вырабатываемой электрической мощности, а выработка тепла в КУ позволяет повысить экономическую привлекательность данной энергетической установки.
Как результат в ночные часы провала электрической нагрузки представляется возможность отключать ГТУ и КУ, что позволяет снижать расход топлива на выработку тепловой и электрической энергии. Однако в этом случае ГТУ не производит выработку электрической энергии для обеспечения своих собственных нужд в эти часы.
Для решения данной проблемы работа автономных ГТУ и паротурбинной установки координируется посредством АСУ, что позволяет компенсировать отсутствие отпуска тепла с КУ, а вырабатываемая паротурбинной установкой электрическая энергия используется в том числе на собственные нужды отключенной ГТУ и наоборот при отключении паротурбинной установки ГТУ и КУ обеспечивают выработку электрической энергии и тепла потребителю и выработку электрической энергии на собственные нужды паротурбинной установки. Наиболее предпочтительно с экономической точки зрения и достигаемого технического результата создание таких тепловых электростанций мощностью до 50 МВт
На чертеже представлена принципиальная схема тепловой электростанции.
Тепловая электростанция содержит автономную паротурбинную установку 1 и автономную газотурбинную установку 2.
Автономная паротурбинная установка 1 включает паровой котел 3, подключенный по пару к паровой расширительной машине 4, к выходу которой подключен теплообменный аппарат 5 для отвода тепла, подключенный выходом охлажденного теплоносителя к паровому котлу 3 и электрогенератор 6, соединенный с паровой расширительной машиной 4.
А автономная газотурбинная установка 2 включает газотурбинный двигатель 7, соединенный с электрогенератором 8, и водогрейный котел-утилизатор 9, подключенный к выходу газовой турбины газотурбинного двигателя 7 и к теплосети 10.
Теплообменный аппарат 5 для отвода тепла и котел-утилизатор 9 параллельно и непосредственно подключены по нагреваемой среде к теплосети 10. Электрогенераторы 6 и 8 обеих установок 1 и 2 подключены к общей электросети потребителя, причем автономная паротурбинная установка 1 и автономная газотурбинная установка 2 подключены к общей для них системе автоматического регулирования (АСУ) 11 режима каждой из них с возможностью подачи электроэнергии на собственные нужды автономной паротурбинной установки 1 или автономной газотурбинной установки 2 при отключении одной из них.
При работе электростанции в период пикового потребления электрической и тепловой энергий работает как газотурбинная установка 2, так и паротурбинная установка, при этом газотурбинный двигатель 7 вращает вал электрогенератора 8 для выработки последним электрической энергии. Одновременно отработавшие газы из газовой турбины газотурбинного двигателя 7 направляют в водяной котел-утилизатор 9 для выработки тепла и нагрева им сетевой воды теплосети 10.
Одновременно пар из парового котла 3 паротурбинной установки направляют в паровую расширительную машину 4, например в паровую турбину или паровую винтовую машину, для привода во вращение вала электрогенератора 6, а отработавший пар из паровой расширительной машины 4 направляют в теплообменный аппарат 5 для нагрева сетевой воды теплосети 10.
В ночные часы провала электрической нагрузки представляется возможность отключать газотурбинную установку 2 вместе с ее котлом-утилизатором 9, что позволяет снижать расход топлива на выработку тепловой и электрической энергии, а работающая паротурбинная установка 1 вырабатывает электрическую энергию и тепло для подачи потребителю и на собственные нужды отключенной газотурбинной установки 2
Управление работой автономных газотурбинной установки 2 и паротурбинной установки 1 осуществляется посредством АСУ 11.
При необходимости отключения паротурбинной установки 1 газотурбинная установка 2 обеспечивает выработку электрической энергии и тепла потребителю и выработку электрической энергии на собственные нужды паротурбинной установки 1.