КОНТАКТНАЯ ПАРОГАЗОВАЯ ЭНЕРГОУСТАНОВКА

Контактная парогазовая энергоустановка относится к области энергетики, и может быть использована для модернизации базовых паротурбинных энергоустановок, в том числе теплоэлектроцентралей используемых для совместного производства электрической и тепловой энергии.
Известна комбинированная газопаровая установка типа «Водолей» содержащая газотурбинную установку с воздушным компрессором, камеру сгорания с устройством подвода в нее «экологического» и «энергетического» пара, парогазовую турбину, размещенный в ее выхлопном газоходе паровой котел-утилизатор, электрогенератор.
Котел-утилизатор содержит расположенные по ходу парогазовой смеси парогенератор, оросительное устройство, контактный газоохладитель-конденсатор с сепарационным устройством. Сепарационное устройство котла-утилизатора по газам связано выхлопным газоходом с атмосферой и имеет трубопровод отвода отсепарированной воды. Оросительное устройство котла-утилизатора связано с трубопроводом подвода охлажденной орошающей воды. Входной патрубок парогенератора котла-утилизатора связан с трубопроводом питательной воды, а его выходной патрубок соединен паропроводом с устройствами подвода в камеру сгорания «экологического» и «энергетического» пара. Ротор парогазовой турбины соединен валом с ротором воздушного компрессора и с ротором электрогенератора. [Романов В.И., Кривуца В.А. Комбинированная газопаровая установка мощностью 16-25 МВт с утилизацией тепла отходящих газов и регенерацией воды из парогазового потока. "Теплоэнергетика" №4, 1966, с.27-30].
В описанной газопаровой установке типа «Водолей» вырабатываемый пар используется только для впрыска в камеру сгорания, поэтому эта установка не может быть применена для модернизации существующих паротурбинных теплоэлектроцентралей.
Наиболее близкой по технической сути является контактная парогазовая теплоэлектроцентраль [«Парогазовая установка ПГУ - 60 С. Коммерческое предложение. ФГУП «Салют», 2005 г.»], содержащая воздушный компрессор, камеру сгорания высокого давления с устройствами для впрыска «экологического» и «энергетического» пара, парогазовую турбину высокого давления, силовую парогазовую турбину низкого давления, противодавленческую паровую турбину, электрогенератор, паровой котел-утилизатор, бак сепарированной воды, теплонасосную установку, сетевую подогревательную установку. В котле-утилизаторе, установленном в выхлопном газоходе за силовой парогазовой турбиной низкого давления размещены последовательно по ходу парогазовой смеси поверхности нагрева парогенератора, сетевая
подогревательная установка, оросительное устройство и газоохладитель-конденсатор с сепарационным устройством. Оросительное устройство связано с трубопроводом подвода охлажденной орошающей воды. Сепарационное устройство котла-утилизатора связано по потоку сепарированных газов через выхлопной газоход и дымосос с атмосферой, а по сепарированной воде с трубопроводом отвода сепарированной воды. Входной патрубок парогенератора котла-утилизатора соединен с трубопроводом питательной воды, а его выходной патрубок связан через паропровод и противодавленческую паровую турбину с устройствами впрыска пара в камеру сгорания высокого давления. Ротор парогазовой турбины высокого давления соединен валом с ротором воздушного компрессора, а ротор силовой парогазовой турбины низкого давления соединен через понижающий редуктор с ротором электрогенератора. Ротор противодавленческой паровой турбины соединен через понижающий редуктор с ротором электрогенератора.
Контактная парогазовая установка-прототип предназначена для создания новых высокоэкономичных теплофикационных энергоблоков. Она не может быть использована для модернизации базовых паротурбинных тепловых электростанций, в том числе и теплоэлектроцентралей, так как ее парогенератор вырабатывает перегретый пар с параметрами ниже стандартных для типовых турбин, кроме того, он подключен паропроводом к специальной противодавленческой паровой турбине, выхлоп которой связан паропроводами с устройствами впрыска пара в камеру сгорания высокого давления и системой охлаждения парогазовой турбины; в установке-прототипе также невозможно использование существующих газотурбинных установок с разрезным валом и как следствие этого имеется необходимость в применении специальной парогазовой турбины.
Задачей предлагаемого технического решения является создание контактной парогазовой энергоустановки позволяющей обеспечить эффективную модернизацию базовых паротурбинных энергоустановок, в том числе и теплоэлектроцентралей с повышением их мощности и экономичности, при существенно сниженных затратах.
Поставленная цель достигается за счет того, что контактная парогазовая энергоустановка содержит блок парогазотурбинной установки имеющий воздушный компрессор, последовательно установленные по ходу продуктов сгорания, турбину высокого давления и силовую турбину низкого давления, электрогенератор; блок утилизации тепла парогазовой смеси, включающий котел-утилизатор, установленный в газоходе за силовой турбиной низкого давления, в котором последовательно по ходу парогазовой смеси размещены, парогенератор, оросительное устройство, газоохладитель-конденсатор с сепарационным устройством, выход газоохладителя-конденсатора связан
с атмосферой через выхлопной газопровод и дымососос, при этом, блок парогазотурбинной установки содержит дополнительную камеру дожигания топлива низкого давления, размещенную между газовыми турбинами высокого и низкого давления и соединенную паропроводом с парогенератором низкого давления, дополнительно размещенным в котле-утилизаторе блока утилизации тепла парогазовой смеси; выход парогенератора высокого давления котла-утилизатора связан паропроводом с базовой паротурбинной энергоустановкой.
На чертеже фиг.1 показана схема предлагаемой контактной парогазовой энергоустановки. Она состоит из блока парогазотурбинной установки 1 и блока утилизации тепла парогазовой смеси 2.
Блок парогазотурбинной установки 1 содержит: воздушный компрессор 5, камеру сгорания высокого давления 6, газовую турбину высокого давления 7, камеру дожигания 8, парогазовую турбину низкого давления 9, электрогенератор 10, газоход 4.
Блок утилизации тепла парогазовой смеси 2 содержит: паропровод низкого давления 3, паровой котел-утилизатор 11, паропровод высокого давления 12, парогенератор высокого давления 13, трубопровод питательной воды высокого давления 14, парогенератор низкого давления 15, трубопровод питательной воды 16, трубопровод подвода оросительной воды 17, оросительное устройство 18, газоохладитель-конденсатор 19, выхлопной газоход 20 с дымососом, трубопровод отвода сепарированной воды 21.
Контактная парогазовая энергоустановка выполнена следующим образом. В газоходе между воздушным компрессором 5 и газовой турбиной высокого давления 7 установлена камера сгорания высокого давления 6. Ротор воздушного компрессора 5 соединен валом с ротором газовой турбины высокого давления 7. В газоходе между турбиной высокого давления 7 и парогазовой турбиной низкого давления 9 размещена камера дожигания 8 снабженная устройством для впрыска «экологического» и «энергетического» пара. Ротор парогазовой турбины низкого давления 9 связан валом с ротором электрогенератора 11.
Выход парогазовой турбины 9 соединен газоходом 4 с входом котла-утилизатора 11. В котле-утилизаторе 11 по ходу охлаждаемой парогазовой смеси размещены парогенератор высокого давления 13, парогенератор низкого давления 15, оросительное устройство 18, газоохладитель-конденсатор 19 с сепарационным устройством. Выхлопной газоход котла-утилизатора 11 связан трубопроводом 19 через дымосос с атмосферой. Вход парогенератора высокого давления 13 котла-утилизатора 11 соединен трубопроводом питательной воды высокого давления 14. Выход парогенератора высокого
давления 13 котла-утилизатора 11 соединен через паропровод высокого давления 12 с базовым паротурбинным энергоблоком. Вход парогенератора низкого давления 15 соединен с трубопроводом питательной воды низкого давления 16. Оросительное устройство 18 связано с трубопроводом оросительной воды 17. Сепарационное устройство газоохладителя-конденсатора 19 котла-утилизатора 11 связано по потоку отсепарированных газов через выхлопной газоход 20 и дымосос с атмосферой, а по отсепарированной воде с трубопроводом отвода отсепарированной воды 21.
Предлагаемая контактная парогазовая энергоустановка работает следующим образом. Атмосферный воздух сжимают в компрессоре 5 и подают его в камеру сгорания высокого давления 6, где сжигают основное количество топлива. Продукты сгорания топлива расширяют в газовой турбине высокого давления 7 приводящей воздушный компрессор 5. После расширения продуктов сгорания в газовой турбине высокого давления 7 в дополнительную камеру дожигания 8 подводят топливо и по паропроводу 3 в продукты сгорания впрыскивают пар из парогенератора низкого давления 15 и получают парогазовую смесь, температуру которой перед второй ступенью расширения в парогазовой турбине низкого давления устанавливают преимущественно на уровне близком к 900°С - предельно допустимой температуре для неохлаждаемой газовой турбины. Теплоту отработавшей в силовой турбине 9 парогазовой смеси по газоходу 4 подают на вход котла-утилизатора 11.
В парогенераторе высокого давления 13 котла-утилизатора 11 генерируют пар высокого давления с параметрами стандартными для типовых паровых турбин и отводят его из выхода парогенератора по паропроводу 12 к базовой паротурбинной энергоустановке. На вход к парогенератора высокого давления 13 по трубопроводу 14 подают деаэрированную питательную воду.
В парогенераторе низкого давления 15 котла-утилизатора 11 вырабатывают пар низкого давления и по паропроводу 3 направляют его в устройство впрыска пара камеры дожигания 8. Образовавшуюся парогазовую смесь расширяют в силовой турбине 9. Полезную работу силовой турбины 9 используют для привода электрогенератора 10. Питательная вода в парогенератор низкого давления 15 подается по трубопроводу питательной воды низкого давления 16.
В парогазовую смесь вышедшую из парогенератора низкого давления 15 подают охлажденную оросительную воду через трубопровод 17 и через оросительное устройство 18, за счет чего в конденсаторе-газоохладителе 19 конденсируют паровую составляющую парогазовой смеси. Очищенные от воды газы в сепарационном устройстве конденсатора-газоохладителя 19 через выхлопной газоход 20 и дымосос сбрасывают в
атмосферу. Отсепарированная вода отводится из конденсатора-газоохладителя 19 по трубопроводу 21.
Предлагаемая контактная парогазовая энергоустановка устраняет недостатки известных аналогов и прототипа. В ней применена дополнительная камера дожигания низкого давления, размещенная в газоходе между газовыми турбинами высокого и низкого давления и снабженная устройством для впрыска в продукты сгорания пара, что позволяет расширять в силовой газовой турбине низкого давления парогазовую смесь с высокой температурой и повышенным расходом, увеличить полезную мощность силовой турбины и электрогенератора. Повышение температуры и расхода парогазовой смеси в котел-утилизатор увеличивает его тепловую мощность и позволяет генерировать в нем, как пар высокого давления с параметрами стандартными для паровых турбин базовых паротурбинных энергоустановок, так и пар низкого давления, впрыскиваемый в дополнительную камеру дожигания.
Это позволяет расширять пар высокого давления, генерируемый в котле-утилизаторе в паровых турбинах базовых паротурбинных энергоустановок, в том числе и теплоэлектроцентралей, за счет чего может осуществляться их модернизация с повышением мощности и экономичности.
Генерация в котле-утилизаторе пара низкого давления позволяет использовать этот пар для впрыска в дополнительную камеру дожигания низкого давления и получать на входе в силовую турбину высокотемпературную парогазовую смесь.
В предлагаемой контактной парогазовой энергоустановке можно использовать турбокомпрессоры существующих газотурбинных установок с разрезным валом, что позволяет существенно снизить затраты на создание подобных установок.
Положительный результат от использования в энергетике предлагаемой контактной парогазовой энергоустановки заключается в том, что данное устройство обеспечивает эффективную модернизацию базовых паротурбинных энергоустановок, в том числе и теплоэлектроцентралей с повышением их мощности и экономичности. В предлагаемой контактной парогазовой энергоустановки можно использовать турбокомпрессоры существующих газотурбинных установок с разрезным валом (например, от газотурбинной энергетической установки НК-37), что существенно снизит затраты на создание подобных установок.