ТЕПЛОЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА

Полезная модель относится к теплоэнергетике и может быть использована в низконапорных высокотемпературных энергоблоках, работающих по комбинированному паровому циклу, для выработки электрической энергии.
Известна теплоэнергетическая установка, имеющая замкнутый паротурбинный рабочий контур, содержащий последовательно установленные холодильник для пара перед сжатием, паровой компрессор, регенератор, нагреватель и паровую турбину. Паровой компрессор и паровая турбина располагаются на одном валу с электрогенератором (Аксютин С.А. Перспективы развития паровых и газовых турбин электрических станций. М., Машгиз, 1957. - с.92-94, фиг.34).
Однако указанная установка имеет недостаток:
- отсутствуют процессы конденсации пара, что приводит к небольшим теплоперепадам на турбину и высокой температуре на выходе из паровой турбины.
Кроме того, известна теплоэнергетическая установка, являющаяся прототипом предлагаемого изобретения, содержащая замкнутый утилизационный паротурбинный рабочий контур с последовательно установленными в нем паровой турбиной, конденсатором и насосом, оборудованная разомкнутым газотурбинным рабочим контуром, включающем последовательно установленные воздушный компрессор, воздухонагреватель, являющийся частью пылеугольного энергетического котла, камеру сгорания и газовую турбину, при этом утилизационный рабочий контур термодинамически связан с газотурбинным рабочим контуром посредством параллельно соединенных по паровым поверхностям нагрева котла-утилизатора и пылеугольного энергетического котла (Цанев С.В., Буров В.Д., Ремезов А.Н. Газотурбинные и парогазовые установки тепловых электростанций: Учебное пособие для вузов / Под ред. С.В. Цанева
2
2
2
- М.: Изд-во МЭИ, 2002. - с.21, рис.В.12). В газотурбинном рабочем контуре рабочем телом является воздух с коэффициентом теплоотдачи не выше 100 Вт/(м·К), что ограничивает коэффициент теплопередачи от продуктов сгорания топлива к воздуху в воздухонагревателе, расположенном в пылеугольном энергетическом котле, значением менее 100 Вт/(м·К), если поверхность нагрева является радиационной, и значением менее 50 Вт/(м·К) для конвективной поверхности нагрева. Отработавшее в газовой турбине рабочее тело может подаваться как в топку энергетического котла в качестве окислителя для горения твердого топлива, так и в котел-утилизатор, который параллельно с энергетическим котлом генерирует пар утилизационного паротурбинного рабочего контура. Разомкнутость газотурбинного рабочего контура изменяет мощность газотурбинной ступени при изменении температуры окружающей среды, что усложняет процессы регулирования совместной работы газо- и паротурбинного рабочих контуров. Данная установка частично устраняет недостатки первой установки: используется процесс конденсации пара в утилизационном контуре.
Однако и эта установка имеет недостатки:
- применение в газотурбинном рабочем контуре в качестве рабочего тела воздуха, что приводит к низкому коэффициенту теплопередачи в воздухонагревателе пылеугольного энергетического котла при передаче тепла от продуктов сгорания топлива к рабочему телу газотурбинного рабочего контура, а, следовательно, к большей металлоемкости пылеугольного энергетического котла и в целом установки;
- газотурбинный рабочий контур является разомкнутым, что усложняет процесс регулирования режимов работы установки.
Задачей предлагаемой полезной модели является создание теплоэнергетической установки с меньшей металлоемкостью и с большей эффективностью регулирования режимов работы установки.
Поставленная задача достигается тем, что известная теплоэнергетическая установка, содержащая замкнутый утилизационный
паротурбинный рабочий контур с последовательно установленными в нем паровой турбиной, конденсатором и насосом, снабжена замкнутым низконапорным высокотемпературным паротурбинным рабочим контуром, содержащим последовательно установленные паровой компрессор, пароперегреватель, являющийся частью пылеугольного энергетического котла, высокотемпературную паровую турбину, при этом утилизационный паротурбинный рабочий контур термодинамически связан с низконапорным высокотемпературным паротурбинным рабочим контуром посредством последовательно соединенных по поверхностям нагрева утилизационного паротурбинного рабочего контура котла-утилизатора и пылеугольного энергетического котла.
На чертеже приведена структурная схема предлагаемой установки.
Предлагаемая установка содержит замкнутый низконапорный высокотемпературный паротурбинный рабочий контур, состоящий из последовательно установленных парового компрессора 1, пылеугольного энергетического парового котла 2, в котором расположен пароперегреватель пара высокотемпературного рабочего контура 3, высокотемпературной паровой турбины 4, паропарового котла-утилизатора 5. Замкнутый утилизационный паротурбинный рабочий контур включает последовательно установленные утилизационную паровую турбину 6, конденсатор 7, насос 8, находящиеся в котле-утилизаторе 5 парогенерирующие поверхности нагрева 9 и пароперегреватель 10, расположенный в энергетическом пылеугольном котле 2. Пылеугольный энергетический котел 2 имеет также воздухоподогреватель 11, горячий воздух от которого поступает в горелки 12. Турбокомпрессорная установка низконапорного высокотемпературного паротурбинного рабочего контура и паровая турбина утилизационного паротурбинного рабочего контура расположены на одном валу с электрогенератором 13.
Установка работает следующим образом. Пар с давлением, например, 0,2...0,5 бар сжимают в компрессоре 1 до давления 5...15 бар, перегревают
до 1100...1400°С в пароперегревателе 3 пылеугольного энергетического котла 2 и подают в низконапорную высокотемпературную паровую турбину 4, в которой последний, расширяясь, совершает работу. С температурой 550...700°С (в конце процесса расширения) пар высокотемпературного паротурбинного рабочего контура подводят в котел-утилизатор 5 (в котором коэффициент теплопередачи в 2,5...3 раза выше, чем у прототипа), где он, охлаждаясь, генерирует пар утилизационного паротурбинного рабочего контура с температурой 250...300°С и давлением 30...70 бар в поверхностях нагрева 9. Дальнейшее повышение температуры утилизационного пара до 500...550°С производят в пароперегревателе 10 пылеугольного энергетического котла 2. Далее пар утилизационного паротурбинного контура подают на утилизационную турбину 6. Отработавший в турбине 6 пар отводят в конденсатор 7, где он конденсируется при давлении 3...5 кПа. Конденсат пара насосом 8 вновь подается в поверхности нагрева 9 котла-утилизатора 5. Воздух для горения топлива подогревают в воздухоподогревателе 11 и подают вместе с пылеугольным топливом в горелки 12. Работа турбин 4 и 6 используется для привода компрессора 1 и генератора 13, расположенных на одном валу. Низконапорный высокотемпературный паротурбинный рабочий контур является замкнутым. Относительный расход пара в утилизационном паротурбинном рабочем контуре равен 0,3...0,4.
2
2
Известно, что для радиационных поверхностей нагрева энергетических котлов ограничивающим теплопередачу фактором является коэффициент теплоотдачи от стенки трубы радиационной поверхности к рабочему телу в трубе. Для конвективных поверхностей нагрева этот фактор тоже является существенным, так как коэффициент теплоотдачи продуктов сгорания топлива составляет не выше 100 Вт/(м·К). В низконапорном высокотемпературном паротурбинном рабочем контуре рабочем телом является пар с коэффициентом теплоотдачи на уровне 250 Вт/(м·К), что повышает коэффициент теплопередачи от продуктов сгорания топлива к пару
2
2
в пароперегревателе 3, расположенном в пылеугольном энергетическом котле 2, до значений около 250 Вт/(м·К), если поверхность нагрева является радиационной, и до значений около 70 Вт/(м·К) для конвективной поверхности нагрева. Следовательно, использование в качестве рабочего тела пара вместо воздуха приводит по сравнению с прототипом к увеличению в 1,4...2,5 раза коэффициента теплопередачи в аналогичных поверхностях нагрева пылеугольного энергетического котла, что уменьшает его металлоемкость, а, следовательно, и установки в целом.
Таким образом, предлагаемая установка по сравнению с прототипом имеет в замкнутом низконапорном высокотемпературном паротурбинном рабочем контуре в качестве рабочего тела пар, что увеличивает коэффициент теплопередачи в 1,4...2,5 раза, уменьшает металлоемкость пылеугольного энергетического котла и в целом всей установки. Замкнутость низконапорного высокотемпературного паротурбинного рабочего контура обусловливает независимость вырабатываемой мощности от температуры окружающей среды, что повышает эффективность регулирования режимов работы установки.