ПАРОГАЗОВАЯ УСТАНОВКА С ПАРОТУРБИННЫМ ПРИВОДОМ КОМПРЕССОРА И РЕГЕНЕРАТИВНОЙ ГАЗОВОЙ ТУРБИНОЙ
STEAM-GAS PLANT WITH STEAM TURBINE DRIVE OF COMPRESSOR AND REGENERATIVE GAS TURBINE

Парогазовая установка с паротурбинным приводом компрессора и регенеративной газовой турбиной относится к энергетике и может быть применена на тепловых электростанциях.
Известны парогазовые установки традиционной тепловой схемы. Среди них наиболее распространены ПТУ с паровым котлом-утилизатором. Теплота отработавших газов ГТУ используется в котле-утилизаторе для выработки пара, поступающего в паровую турбину. (Цанев С.В., Буров В.Д., Ремезов А.Н. Газотурбинные и парогазовые установки тепловых электростанций. М.: Издательство МЭИ, 2002.)
Большая часть мощности газовой турбины расходуется на привод компрессора, поэтому ГТУ имеют низкий коэффициент полезной работы. Предельная мощность парогазовых установок с одной газовой турбиной оказывается существенно меньше предельной мощности паротурбинных блоков.
Известны также парогазовые установки с паротурбинным приводом компрессора, в которых мощность ПТУ определяется не мощностью газотурбинной установки, а паропроизводительностью котла-утилизатора.
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 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 ПГУ с газотурбинным и паротурбинным приводами компрессора. Газотурбинные технологии, №8, 2008.)
Преимущества парогазовой установки с паротурбинным приводом компрессора связаны с тем, что:
- мощность газовой турбины полностью используется для привода генератора;
- в ПГУ используется один генератор;
- при неизменном расходе через газовую турбину увеличивается мощность ПГУ;
- снижается степень повышения давления воздуха в компрессоре, поэтому уменьшается мощность компрессора относительно мощности газовой турбины,
повышаются температура газа на выходе из газовой турбины и
паропроизводительность котла-утилизатора.
Недостатком описанной парогазовой установки с паротурбинным приводом компрессора является ее недостаточно высокая экономичность.
Техническим результатом изобретения является повышение тепловой экономичности.
Технический результат достигается тем, что парогазовая установка с паротурбинным приводом компрессора, содержащая паровую турбину, компрессор, камеру сгорания, газовую турбину, котел-утилизатор с пароперегревателем, испарителем и газоводяным подогревателем питательной воды, газопровод, электрогенератор, конденсатор, паропровод острого пара, трубопровод питательной воды; пароперегреватель котла-утилизатора связан паропроводом острого пара с входом паровой турбины, конденсатор трубопроводом питательной воды соединен с входом газоводяного подогревателя питательной воды, причем она дополнительно содержит регенератор, вакуумный деаэратор, трубопровод низкого давления, трубопровод греющей воды, впрыскивающий трубопровод с расширительным соплом, трубопровод подогретой воды, газоохладитель с первой ступенью газоводяного подогревателя питательной воды и газоводяным подогревателем низкого давления, трубопровод горячей питательной воды; выход компрессора связан с газовой турбиной через последовательно включенные по ходу воздуха воздушную сторону регенератора и камеру сгорания, выход газовой турбины связан с атмосферой через последовательно включенные по ходу отработавших газов котел-утилизатор с пароперегревателем, испарителем, второй ступенью газоводяного подогревателя питательной воды, газопровод, газовую сторону регенератора и газоохладитель с первой ступенью газоводяного подогревателя питательной воды и газоводяным подогревателем низкого давления; конденсатор соединен с входом вакуумного деаэратора, выход вакуумного деаэратора связан трубопроводом низкого давления с входом газоводяного подогревателя низкого давления, выход газоводяного подогревателя низкого давления соединен первым трубопроводом греющей воды с входом вакуумного деаэратора, вторым впрыскивающим трубопроводом с промежуточными ступенями компрессора и третьим трубопроводом подогретой воды с выходом компрессора; выход вакуумного деаэратора через трубопровод питательной воды с питательным насосом и первую ступень газоводяного подогревателя питательной воды связан трубопроводом горячей питательной воды с второй ступенью газоводяного подогревателя питательной воды котла-утилизатора; паровая турбина соединена с валом компрессора, вал газовой турбины соединен с валом электрогенератора.
Парогазовая установка с паротурбинным приводом компрессора и регенеративной газовой турбиной согласно изобретению позволяет:
- уменьшить мощность компрессора за счет впрыска в промежуточные ступени через расширительное сопло перегретой деаэрированной воды;
- повысить интенсивность испарения в ступенях компрессора мелкодисперсных капель вводимой перегретой воды;
- за счет впрыска в сжатый воздух после компрессора подогретой воды снизить температуру перед регенератором и увеличить его степень регенерации;
- за счет расширения в газовой турбине газопаровой смеси повысить температуру за газовой турбиной и обеспечить генерацию в котле-утилизаторе перегретого пара стандартных параметров;
- повысить электрическую мощность парогазовой установки за счет расширения в газовой турбине газопаровой смеси;
- понизить температуру газопаровой смеси, уходящей из газоохладителя установки;
- повысить КПД парогазовой установки за счет уменьшения мощности компрессора и более полной утилизации теплоты отработавшей газопаровой смеси в регенераторе и газоохладителе.
На чертеже изображена тепловая схема парогазовой установки с паротурбинным приводом компрессора и регенеративной газовой турбиной. Она включает паровую турбину 1, компрессор 2, регенератор 3, камеру сгорания 4, газовую турбину 5, газопровод 6, паропровод 7, котел-утилизатор 8 с второй ступенью газоводяного подогревателя питательной воды 9, испарителем и пароперегревателем 10, вакуумный деаэратор 11, трубопровод питательной воды 12, трубопровод низкого давления 13, трубопровод греющей воды 14, впрыскивающий трубопровод 15 с расширительным соплом, трубопровод подогретой воды 16, газоохладитель 17 с газоводяным подогревателем низкого давления 18 и первой ступенью газоводяного подогревателя питательной воды 19, трубопровод горячей питательной воды 20, электрогенератор 21. Конденсатор паровой турбины 1 соединен с входом вакуумного деаэратора 11, выход вакуумного деаэратора через трубопровод питательной воды 12 и первую ступень газоводяного подогревателя питательной воды 19 связан трубопроводом горячей питательной воды 20 с второй ступенью газоводяного подогревателя питательной воды 9 котла-утилизатора 8, кроме того, выход вакуумного деаэратора 11 связан трубопроводом низкого давления 13 с входом газоводяного подогревателя низкого давления 18, выход газоводяного подогревателя низкого давления соединен первым трубопроводом греющей воды 14 с входом вакуумного деаэратора 11, вторым впрыскивающим трубопроводом 15 с расширительным соплом соединен с промежуточными ступенями компрессора и третьим трубопроводом подогретой воды 16 - с выходом компрессора 2. Паровая турбина 1 соединена с валом компрессора 2, вал газовой турбины 5 соединен с валом электрогенератора 21.
Парогазовая установка с паротурбинным приводом компрессора и регенеративной газовой турбиной работает следующим образом. Атмосферный воздух сжимается в компрессоре 2, поступает в воздушную сторону регенератора 3, где нагревается за счет теплоты отработавших газов, подаваемых в его газовую сторону по газопроводу 6. В камере сгорания 4 сжигается топливо и повышается температура газов перед газовой турбиной 5. При расширении газов в газовой турбине 5 совершается полезная работа, используемая для привода электрогенератора 21. Отработавшие в газовой турбине 5 газы поступают в котел-утилизатор 8, где за счет их теплоты во второй ступени газоводяного подогревателя питательной воды 9, испарителе и пароперегревателе 10 генерируется перегретый пар, подаваемый в паровую турбину 1 по паропроводу 7. Полезная работа паровой турбины 1 используется для привода компрессора 2. Частично охлажденные в котле-утилизаторе 8 газы по газопроводу 6 поступают в газовую сторону регенератора 3, где отдают часть своей теплоты сжатому воздуху, подогреваемому в воздушной части регенератора 3. Из регенератора 3 частично охлажденные газы поступают в газоохладитель 17, где отдают часть своей теплоты, нагревая воду низкого давления в газоводяном подогревателе низкого давления 18 и питательную воду в первой ступени газоводяного подогревателя питательной воды 19, после чего они сбрасываются в атмосферу. Часть подогретой в газоводяном подогревателе низкого давления 18 воды низкого давления по первому трубопроводу греющей воды 14 подается на вход вакуумного деаэратора 11 и обеспечивает в нем термическую деаэрацию конденсата пара паровой турбины 1. По второму впрыскивающему трубопроводу 15 эта вода поступает через расширительное сопло в проточную часть компрессора 2, к его промежуточным ступеням. При входе в проточную часть компрессора 2 предварительно подогретая указанная вода оказывается перегретой относительно воздуха в этих ступенях компрессора. При расширении в сопле эта вода дробится на мелкодисперсные капли и интенсивно испаряется, понижая температуру сжимаемого воздуха. За счет этого уменьшается мощность, затрачиваемая на сжатие воздуха, и понижается его температура на выходе из компрессора 2. Третий поток воды низкого давления по трубопроводу подогретой воды 16 поступает, распыленный на мелкие капли, в поток сжатого воздуха, выходящего из компрессора 2. В результате указанных впрысков подогретой воды в воздух, сжимаемый в компрессоре 2 и на выходе из него, в регенератор 3 поступает смесь сжатого воздуха пониженной температуры и влажного пара. За счет этого интенсифицируется процесс теплообмена в регенераторе 3. В газовой турбине 5 расширяется газопаровая смесь, за счет чего увеличивается полезная работа газовой турбины 5 и электрическая мощность электрогенератора 21.