СПОСОБ РАБОТЫ ПАРОГАЗОВОЙ УСТАНОВКИ ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ
METHOD FOR OPERATION OF A COMBINED GAS AND STEAM UNIT OF A POWER PLANT

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано на тепловых электрических станциях.
Известен аналог - способ работы парогазовой установки электростанции (см. патент РФ №2738792, Б.И. 35, 2020), по которому атмосферный воздух подают в турбокомпрессор газотурбинной установки, где он сжимается до требуемого давления, сжатый в турбокомпрессоре воздух разделяют на первичный и вторичный, в камеру сгорания газотурбинной установки подают органическое топливо, первичный воздух и обессоленную воду, в камере сгорания осуществляется процесс горения органического топлива с образованием нагретых до высокой температуры продуктов сгорания и испарения обессоленной воды, продукты сгорания органического топлива и водяной пар перемешивают с вторичным воздухом, образовавшуюся газопаровую смесь (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, где в процессе охлаждения газов генерируется водяной пар, водяной пар подают в паровую турбину, а отработавшие (уходящие) газы отводят в теплообменник-утилизатор, в паровой турбине 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, в теплообменнике-утилизаторе в процессе теплообмена с циркуляционной водой осуществляют охлаждение уходящих газов ниже точки росы с конденсацией части содержащихся в них водяных паров, конденсат водяных паров из уходящих газов (обессоленную воду) через конденсатосборник с гидрозатвором направляют в бак-резервуар, из которого насосом по напорному водопроводу из нержавеющей стали подают в камеру сгорания газотурбинной установки, подогретую в конденсаторе и в теплообменнике-утилизаторе циркуляционную воду посредством циркуляционного насоса по сливному напорному трубопроводу подают в вытяжную башню градирни, где циркуляционная вода охлаждается атмосферным воздухом в процессе тепло- и массообмена при непосредственном контакте с ним и стекает в водосборный бассейн, уходящие газы после теплообменника-утилизатора отводят в атмосферу, в качестве органического топлива используют природный газ. Данный аналог принят за прототип.
К причине, препятствующей достижению указанного ниже технического результата при использовании известного способа работы парогазовой установки электростанции, принятого за прототип, относится то, что при реализации известного способа парогазовая установка электростанции обладает пониженной эффективностью работы, так как не осуществляется непрерывное регулирование расхода обессоленной воды, подаваемой из бака-резервуара насосом по напорному водопроводу из нержавеющей стали в камеру сгорания газотурбинной установки. В процессе работы электрическая мощность парогазовой установки электростанции может изменяться по причине изменения нагрузки потребителя. Так, при уменьшении нагрузки потребителя следует снижать электрическую мощность парогазовой установки электростанции путем уменьшения расхода органического топлива, а при повышении нагрузки потребителя мощность парогазовой установки следует увеличивать путем повышения расхода органического топлива, подаваемого в камеру сгорания газотурбинной установки. В первом случае расход обессоленной воды, подаваемой в камеру сгорания газотурбинной установки, следует уменьшать, а во втором - повышать в соответствии с изменением расхода органического топлива. Таким образом, отсутствие непрерывного регулирования расхода обессоленной воды, подаваемой из бака-резервуара насосом по напорному водопроводу из нержавеющей стали в камеру сгорания газотурбинной установки, снижает эффективность работы парогазовой установки электростанции.
Сущность изобретения заключается в следующем. Для повышения эффективности работы парогазовой установки электростанции целесообразно осуществлять непрерывный контроль и поддерживать на заданном уровне в соответствии с режимом работы парогазовой установки электростанции расход обессоленной воды в количестве 0,8-1,2 кг на 1,0 кг сжигаемого органического топлива, подаваемой из бака-резервуара насосом по напорному водопроводу из нержавеющей стали в камеру сгорания газотурбинной установки. Для этого предлагается установить в парогазовой установке электростанции регулятор расхода обессоленной воды, подаваемой из бака-резервуара насосом по напорному водопроводу из нержавеющей стали в камеру сгорания газотурбинной установки, связанный с датчиком расхода органического топлива в камеру сгорания газотурбинной установки и регулирующим органом, установленным на напорном водопроводе из нержавеющей стали перед насосом подачи обессоленной воды в камеру сгорания газотурбинной установки.
Технический результат - повышение эффективности работы парогазовой установки электростанции.
Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном способе работы парогазовой установки электростанции, по которому атмосферный воздух подают в турбокомпрессор газотурбинной установки, где он сжимается до требуемого давления, сжатый в турбокомпрессоре воздух разделяют на первичный и вторичный, в камеру сгорания газотурбинной установки подают органическое топливо, первичный воздух и обессоленную воду, в камере сгорания осуществляется процесс горения органического топлива с образованием нагретых до высокой температуры продуктов сгорания и испарения обессоленной воды, продукты сгорания органического топлива и водяной пар перемешивают с вторичным воздухом, образовавшуюся газопаровую смесь направляют в газовую турбину, в газовой турбине осуществляется процесс расширения газопаровой смеси и совершается работа газотурбинного цикла, затрачиваемая на привод турбокомпрессора и электрогенератора, отработавшую в газовой турбине газопаровую смесь направляют в котел-утилизатор, где в процессе охлаждения газопаровой смеси генерируется водяной пар, водяной пар подают в паровую турбину, а уходящие газы отводят в теплообменник-утилизатор, в паровой турбине 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, в теплообменнике-утилизаторе в процессе теплообмена с циркуляционной водой осуществляют охлаждение уходящих газов ниже точки росы с конденсацией части содержащихся в них водяных паров, обессоленную воду, выделяющуюся при конденсации водяных паров из уходящих газов через конденсатосборник с гидрозатвором направляют в бак-резервуар, из которого насосом по напорному водопроводу из нержавеющей стали подают в камеру сгорания газотурбинной установки, подогретую в конденсаторе и в теплообменнике-утилизаторе циркуляционную воду посредством циркуляционного насоса по сливному напорному трубопроводу подают в вытяжную башню градирни, где циркуляционная вода охлаждается атмосферным воздухом в процессе тепло- и массообмена при непосредственном контакте с ним и стекает в водосборный бассейн, уходящие газы после теплообменника-утилизатора отводят в атмосферу, в качестве органического топлива используют природный газ. Особенность заключается в том, что осуществляют непрерывный контроль и поддерживают на заданном уровне в соответствии с режимом работы парогазовой установки электростанции расход обессоленной воды в количестве 0,8-1,2 кг на 1,0 кг сжигаемого органического топлива, подаваемой из бака-резервуара насосом по напорному водопроводу из нержавеющей стали в камеру сгорания газотурбинной установки, посредством регулятора расхода обессоленной воды, связанного с датчиком расхода органического топлива в камеру сгорания газотурбинной установки и регулирующим органом, установленным на напорном водопроводе из нержавеющей стали перед насосом подачи обессоленной воды в камеру сгорания газотурбинной установки.
На чертеже представлена схема парогазовой установки электростанции, реализующая предлагаемый способ.
Парогазовая установка электростанции содержит газотурбинную установку, состоящую из газовой турбины 1, турбокомпрессора 2, камеры сгорания 3 и электрогенератора 4, котел-утилизатор 5, паротурбинную установку, состоящую из паровой турбины 6 с конденсатором 7, электрического генератора 8 и питательного насоса 9, теплообменник-утилизатор 10 теплоты уходящих газов, снабженный конденсатосборником 11 и гидрозатвором 12, систему оборотного водоснабжения, включающую циркуляционный насос 13, напорный трубопровод 14 к конденсатору 7 паровой турбины 6, напорный трубопровод 15 к теплообменнику-утилизатору 10 теплоты уходящих газов и сливной напорный трубопровод 16 к градирне, состоящей из вытяжной башни 17 и водосборного бассейна 18, выполненный из нержавеющей стали бак-резервуар 19, насос 20, напорный водопровод 21 из нержавеющей стали, регулятор 22 расхода обессоленной воды, подаваемой из бака-резервуара 19 насосом 20 по напорному водопроводу 21 из нержавеющей стали в камеру сгорания 3, связанный с датчиком 23 расхода органического топлива в камеру сгорания газотурбинной установки и регулирующим органом 24, установленным на напорном водопроводе 21 из нержавеющей стали перед насосом 20.
Способ работы парогазовой установки электростанции реализуется следующим образом.
Атмосферный воздух подают в турбокомпрессор 2 газотурбинной установки, в котором повышают его давление до требуемого значения. Сжатый в турбокомпрессоре 2 воздух разделяют на первичный и вторичный. В камеру сгорания 3 подают органическое топливо и первичный воздух для осуществления процесса горения топлива. Одновременно в камеру сгорания 3 из бака-резервуара 19, выполненного из нержавеющей стали, насосом 20 по напорному водопроводу 21 из нержавеющей стали подают обессоленную воду в количестве 0,8-1,2 кг на 1,0 кг сжигаемого органического топлива. При этом для осуществления распыления обессоленной воды в камере сгорания газотурбинной установки давление, создаваемое насосом 20 в напорном водопроводе 21 перед камерой сгорания 3, должно превышать давление сжатого в турбокомпрессоре циклового воздуха на 0,4-0,5 МПа. В камере сгорания 3 осуществляется процесс горения органического топлива с образованием продуктов сгорания и испарения обессоленной воды. Продукты сгорания органического топлива и водяной пар перемешиваются с вторичным воздухом. Образовавшуюся газопаровую смесь направляют в газовую турбину 1. Перемешивание продуктов сгорания органического топлива и водяного пара с вторичным воздухом осуществляют для обеспечения требуемой температуры газопаровой смеси перед газовой турбиной 1. В газовой турбине 1 совершается работа газотурбинного цикла, которая затрачивается на привод турбокомпрессора 2 и электрогенератора 4. При этом работа, совершаемая газопаровой смесью в газовой турбине 1, будет больше по сравнению со случаем, когда рабочим телом является смесь продуктов сгорания с воздухом, за счет повышения располагаемого теплоперепада вследствие улучшения теплофизических свойств рабочего тела. Отработавшую в газовой турбине 1 газопаровую смесь подают в котел-утилизатор 5, где генерируется водяной пар высоких параметров, который направляют в паровую турбину 6, а уходящие газы из котла-утилизатора 5 подают в теплообменник-утилизатор 10 теплоты уходящих газов, где охлаждают ниже точки росы за счет подачи циркуляционной воды по напорному трубопроводу 15 циркуляционным насосом 13 из водосборного бассейна 18 градирни и отводят в атмосферу.
В паровой турбине 6 в процессе расширения водяного пара совершается полезная работа паротурбинного цикла, затрачиваемая на привод электрического генератора 8. Отработавший в паровой турбине 6 водяной пар направляют в конденсатор 7. В конденсаторе 7 в процессе теплообмена с циркуляционной водой, подаваемой по напорному трубопроводу 14 циркуляционным насосом 13 из водосборного бассейна 18 градирни, отработавший в паровой турбине 6 водяной пар конденсируется. Конденсат отработавшего в турбине 6 водяного пара из конденсатора 7 питательным насосом 9 подают в котел-утилизатор 5.
В теплообменнике-утилизаторе 10 уходящие газы охлаждаются до температуры ниже точки росы циркуляционной водой, подаваемой циркуляционным насосом 13 по напорному трубопроводу 15. При этом водяной пар, содержащийся в уходящих газах в перегретом состоянии, конденсируется, образуется обессоленная вода. Обессоленную воду, выделяющуюся из уходящих газов в процессе их охлаждения ниже точки росы в теплообменнике-утилизаторе 10, отводят в конденсатосборник 11 и через гидрозатвор 12 направляют в бак-резервуар 19, который выполняется из нержавеющей стали для сохранения чистоты обессоленной воды. Из бака-резервуара 19 обессоленную воду насосом 20 по напорному водопроводу 21 из нержавеющей стали подают в камеру сгорания газотурбинной установки. Уходящие газы после теплообменника-утилизатора 10 через дымовую трубу (на схеме не показана) отводят в атмосферу. Использование газопаровой смеси приводит к увеличению паропроизводительности котла-утилизатора 5 на 2-3% вследствие улучшения теплофизических свойств рабочего тела и дополнительно повышает количество обессоленной воды, получаемой в теплообменнике-утилизаторе 10 из уходящих газов.
Подогретую в конденсаторе 7 и в теплообменнике-утилизаторе 10 теплоты уходящих газов циркуляционную воду посредством циркуляционного насоса 13 по сливному напорному трубопроводу 16 подают в вытяжную башню 17 градирни, где циркуляционная вода охлаждается атмосферным воздухом в процессе тепло- и массообмена при непосредственном контакте с ним и стекает в водосборный бассейн 18.
Расход обессоленной воды в камеру сгорания 3 поддерживают на заданном уровне (в количестве 0,8-1,2 кг на 1,0 кг сжигаемого топлива) в зависимости от мощности газотурбинной установки, определяемой расходом органического топлива. В процессе работы парогазовой установки осуществляется непрерывное измерение расхода органического топлива, подаваемого в камеру сгорания 3 газотурбинной установки, датчиком 23. Сигнал от датчика 23 поступает на вход регулятора 22 расхода обессоленной воды, выход которого соединен с регулирующим органом 24 расхода обессоленной воды, установленным на напорном водопроводе 21 из нержавеющей стали перед насосом 20.
При возникновении ситуации, когда расход органического топлива в камеру сгорания 3 и мощность газотурбинной установки отклоняются от заданного первоначального значения, по сигналу от датчика 23 регулятором 22 вырабатывается командный сигнал на изменение расхода обессоленной воды, подаваемой насосом 20 по напорному водопроводу 21 из нержавеющей стали в камеру сгорания 3. Командный сигнал, вырабатываемый регулятором 22, воздействует на регулирующий орган 24, которым осуществляется изменение расхода обессоленной воды, подаваемой насосом 20 по напорному водопроводу 21 из нержавеющей стали в камеру сгорания 3. Новое значение расхода обессоленной воды должно поддерживаться в соответствии с вновь заданной мощностью газотурбинной установки, определяемой расходом подаваемого в камеру сгорания 3 органического топлива.
Таким образом, осуществление поддержания требуемого расхода обессоленной воды, подаваемой в камеру сгорания газотурбинной установки в соответствии с режимом ее работы, посредством регулятора расхода обессоленной воды, связанного с датчиком расхода органического топлива в камеру сгорания газотурбинной установки и регулирующим органом, установленным на напорном водопроводе из нержавеющей стали перед насосом подачи обессоленной воды в камеру сгорания газотурбинной установки, позволяет повысить эффективность работы парогазовой установки электростанции.