Тепловая электрическая станция
THERMAL POWER PLANT

Изобретение относится к теплоэнергетике, а именно к устройствам для выработки электрической энергии, и может быть использовано в тепловых электростанциях.
Известна тепловая электрическая станция содержащая по меньшей мере две паровые турбоустановки с патрубками отборов, регенеративными подогревателями высокого и низкого давления, деаэраторами и конденсаторами, причем одна из турбоустановок снабжена промежуточным перегревателем, при этом с целью повышения экономичности и надежности, по меньшей мере один регенеративный подогреватель высокого давления турбоустановки с промежуточным перегревателем подключен к патрубку отбора соответствующего давления другой турбоустановки, а по меньшей мере один подогреватель низкого давления последней подключен к патрубку отбора соответствующего давления турбоустановки с промежуточным перегревателем [А.с. СССР SU № 775357 от 30.10.80 г.].
Недостатком известной тепловой электрической станции является низкий коэффициент полезного действия в виду более низкой температуры подвода теплоты и повышенных потерь энергии вызванных высокой влажностью пара в цилиндре низкого давления турбоустановки без промежуточного пароперегревателя.
Известна тепловая электрическая станция [Патент RU № 2691881 от 18.06.19 г.], содержащая паротурбинный блок, состоящий из парового котла, связанного через пароперегреватель с цилиндром высокого давления паротурбинного блока, который механически связан с цилиндром низкого давления паротурбинного блока, цилиндр высокого давления паротурбинного блока связан, в свою очередь, с промежуточным пароперегревателем, с третьим и первым подогревателями высокого давления по горячей стороне, деаэратором и четвертым подогревателем низкого давления по горячей стороне через отборы, а также с цилиндром низкого давления паротурбинного блока, который является приводом для электрогенератора паротурбинного блока, промежуточный пароперегреватель связан с цилиндром высокого давления паротурбинного блока, цилиндр низкого давления паротурбинного блока связан с первым, вторым и третьим подогревателями низкого давления по горячей стороне через отборы и конденсатором паротурбинного блока, конденсатор паротурбинного блока связан с конденсатным насосом паротурбинного блока, конденсатный насос паротурбинного блока связан с первым подогревателем низкого давления по холодной стороне, первый, второй, третий и четвертый подогреватели низкого давления последовательно связаны друг с другом по холодной стороне, четвертый подогреватель низкого давления по холодной стороне связан с деаэратором, деаэратор через питательный насос паротурбинного блока связан с первым подогревателем высокого давления по холодной стороне, первый подогреватель высокого давления по горячей стороне связан с деаэратором, а по холодной – со вторым подогревателем высокого давления, второй подогреватель высокого давления по горячей стороне связан с первым подогревателем высокого давления, а по холодной – с третьим подогревателем высокого давления, третий подогреватель высокого давления по горячей стороне связан со вторым подогревателем высокого давления, а по холодной – с паровым котлом, при этом второй подогреватель высокого давления по горячей стороне также связан с барабаном среднего давления парогазового блока, а конденсатный насос паротурбинного блока также связан с конденсатным насосом парогазового блока, состоящего из компрессора, связанного через камеру сгорания с газовой турбиной, которая является приводом для первого электрогенератора парогазового блока, газовая турбина связана с котлом-утилизатором, который, в свою очередь, состоит из пароперегревателя высокого давления, связанного по горячей стороне с испарителем высокого давления, а по холодной – с цилиндром высокого давления парогазового блока, который механически связан с цилиндром среднего давления парогазового блока, испаритель высокого давления по горячей стороне связан с пароперегревателем среднего давления, а по холодной – с барабаном высокого давления парогазового блока, пароперегреватель среднего давления по горячей стороне связан с испарителем среднего давления, а по холодной – с цилиндром среднего давления парогазового блока, который механически связан с цилиндром низкого давления парогазового блока, испаритель среднего давления по горячей стороне связан с пароперегревателем низкого давления, а по холодной – с барабаном среднего давления парогазового блока, пароперегреватель низкого давления по горячей стороне связан с экономайзером высокого давления, а по холодной – с цилиндром среднего давления парогазового блока, экономайзер высокого давления по горячей стороне соединен с экономайзером среднего давления, а по холодной – с барабаном высокого давления парогазового блока, экономайзер среднего давления по горячей стороне связан с испарителем низкого давления, а по холодной – с барабаном среднего давления парогазового блока, испаритель низкого давления по горячей стороне связан с газовым подогревателем конденсата, а по холодной – с барабаном низкого давления парогазового блока, газовый подогреватель конденсата по горячей стороне связан с атмосферой, а по холодной – с барабаном низкого давления парогазового блока, барабан низкого давления парогазового блока по водяному пространству связан с испарителем низкого давления и через питательные насосы среднего и высокого давлений парогазового блока с экономайзерами среднего и высокого давлений соответственно, а по паровому пространству – с пароперегревателем низкого давления, барабан среднего давления парогазового блока по водяному пространству связан с испарителем среднего давления, а по паровому – с пароперегревателем среднего давления, барабан высокого давления парогазового блока по водяному пространству связан с испарителем высокого давления, а по паровому – с пароперегревателем высокого давления, цилиндр высокого давления парогазового блока связан с пароперегревателем среднего давления, цилиндр среднего давления парогазового блока связан с цилиндром низкого давления парогазового блока, цилиндр низкого давления парогазового блока, который является приводом для второго электрогенератора парогазового блока, связан с конденсатором парогазового блока, конденсатор парогазового блока связан с конденсатным насосом парогазового блока, конденсатный насос парогазового блока связан с газовым подогревателем конденсата.
Недостатком известной тепловой электрической станции является снижение максимальной мощности электростанции за счет разгрузки газотурбинной части парогазовой установки при повышении температуры окружающего воздуха. Это приводит к снижению паропроизводительности котла-утилизатора, что влечет за собой дополнительное снижение мощности паротурбинной части парогазовой установки, которая недогружена по причине отбора пара из барабана среднего давления на подогрев питательной воды паротурбинного блока.
Задачей изобретения является усовершенствование тепловой электрической станции, позволяющее повысить маневренность и экономичность тепловой электрической станции.
Технический результат заключается в повышении максимальной электрической мощности тепловой электрической станции.
Технический результат достигается тем, что тепловая электрическая станция содержит паротурбинный блок, состоящий из парового котла, связанного через пароперегреватель с цилиндром высокого давления паротурбинного блока, который механически связан с цилиндром низкого давления паротурбинного блока, цилиндр высокого давления паротурбинного блока связан, в свою очередь, с промежуточным пароперегревателем и первым подогревателем высокого давления по горячей стороне, деаэратором и четвертым подогревателем низкого давления по горячей стороне через отборы, а также с цилиндром низкого давления паротурбинного блока, который является приводом для электрогенератора паротурбинного блока, промежуточный пароперегреватель связан с цилиндром высокого давления паротурбинного блока, цилиндр низкого давления паротурбинного блока связан с первым, вторым и третьим подогревателями низкого давления по горячей стороне через отборы и конденсатором паротурбинного блока, конденсатор паротурбинного блока связан с конденсатным насосом паротурбинного блока, конденсатный насос паротурбинного блока связан с первым подогревателем низкого давления по холодной стороне, первый, второй, третий и четвертый подогреватели низкого давления последовательно связаны друг с другом по холодной стороне, четвертый подогреватель низкого давления по холодной стороне связан с деаэратором, который через питательный насос паротурбинного блока связан с первым подогревателем высокого давления по холодной стороне, первый подогреватель высокого давления по горячей стороне связан с деаэратором, а по холодной – со вторым подогревателем высокого давления, второй подогреватель высокого давления по холодной стороне связан с третьим подогревателем высокого давления, третий подогреватель высокого по холодной стороне связан с паровым котлом, при этом цилиндр высокого давления паротурбинного блока также связан через отбор с цилиндром среднего давления парогазового блока, и парогазовый блок, состоящий из компрессора, связанного через камеру сгорания с газовой турбиной, которая является приводом для первого электрогенератора парогазового блока, газовая турбина связана с котлом-утилизатором, который, в свою очередь, состоит из пароперегревателя высокого давления, связанного по горячей стороне с испарителем высокого давления, а по холодной – с цилиндром высокого давления парогазового блока, который механически связан с цилиндром среднего давления парогазового блока, испаритель высокого давления по горячей стороне связан с пароперегревателем среднего давления, а по холодной – с барабаном высокого давления парогазового блока, пароперегреватель среднего давления по горячей стороне связан с испарителем среднего давления, а по холодной – с цилиндром среднего давления парогазового блока, который механически связан с цилиндром низкого давления парогазового блока, испаритель среднего давления по горячей стороне связан с пароперегревателем низкого давления, а по холодной – с барабаном среднего давления парогазового блока, пароперегреватель низкого давления по горячей стороне связан с экономайзером высокого давления, а по холодной – с цилиндром среднего давления парогазового блока, экономайзер высокого давления по горячей стороне соединен с экономайзером среднего давления, а по холодной – с барабаном высокого давления парогазового блока, экономайзер среднего давления по горячей стороне связан с испарителем низкого давления, а по холодной – с барабаном среднего давления парогазового блока, испаритель низкого давления по горячей стороне связан с газовым подогревателем конденсата, а по холодной – с барабаном низкого давления парогазового блока, газовый подогреватель конденсата по горячей стороне связан с атмосферой, а по холодной – с барабаном низкого давления парогазового блока, барабан низкого давления парогазового блока по водяному пространству связан с испарителем низкого давления и через питательные насосы среднего и высокого давлений парогазового блока с экономайзерами среднего и высокого давлений соответственно, а по паровому пространству – с пароперегревателем низкого давления, барабан среднего давления парогазового блока по водяному пространству связан с испарителем среднего давления, а по паровому – с пароперегревателем среднего давления, барабан высокого давления парогазового блока по водяному пространству связан с испарителем высокого давления, а по паровому с пароперегревателем высокого давления, цилиндр высокого давления парогазового блока связан с пароперегревателем среднего давления, цилиндр среднего давления парогазового блока связан с цилиндром низкого давления парогазового блока, цилиндр низкого давления парогазового блока, который является приводом для второго электрогенератора парогазового блока, связан с конденсатором парогазового блока, конденсатор парогазового блока связан с конденсатным насосом парогазового блока, конденсатный насос парогазового блока связан с газовым подогревателем конденсата и первым подогревателем низкого давления по холодной стороне.
Полезный эффект заключается в повышении максимальной мощности электростанции за счет использования излишков пара, образовавшихся при отключении второго и третьего подогревателей высокого давления паротурбинного блока, для генерации электрической энергии в паротурбинной части парогазового блока. Это позволяет повысить маневренность тепловой электрической станции.
При использовании излишков пара в паротурбинной части парогазового блока снижается массовый расход пара в части цилиндра высокого давления и цилиндре низкого давления паротурбинного блока до номинальных значений, которые были превышены из-за отключения второго и третьего подогревателей высокого давления от отборов цилиндра высокого давления паротурбинного блока. При этом возрастает внутренний относительный КПД цилиндра низкого давления за счет снижения выходной потери и уменьшаются потери теплоты в конденсаторе паротурбинного блока за счет возвращения вакуума в нем к номинальным значениям. Таким образом происходит прирост экономичности паротурбинного блока, что приводит к росту экономичности электрической станции в целом.
На фигуре изображена тепловая электрическая станция, которая состоит из паротурбинного блока, состоящего из парового котла 1, связанного через пароперегреватель 2 с цилиндром высокого давления  паротурбинного блока 3, который механически связан с цилиндром низкого давления паротурбинного блока 4. Цилиндр высокого давления паротурбинного блока 3 связан, в свою очередь, с промежуточным пароперегревателем 5, с первым 6 подогревателем высокого давления по горячей стороне, деаэратором 7 и четвертым подогревателем низкого давления 8 по горячей стороне через отборы, а также с цилиндром низкого давления паротурбинного блока 4, который является приводом для электрогенератора паротурбинного блока 9. Промежуточный пароперегреватель 5 связан с цилиндром высокого давления паротурбинного блока 3. Цилиндр низкого давления паротурбинного блока 4 связан с третьим 10, вторым 11 и первым 12 подогревателями низкого давления по горячей стороне через отборы и конденсатором паротурбинного блока 13. Конденсатор паротурбинного блока 13 связан с конденсатным насосом паротурбинного блока 14. Конденсатный насос паротурбинного блока 14 связан с первым подогревателем низкого давления 12 по холодной стороне. Первый 12, второй 11, третий 10 и четвертый 8 подогреватели низкого давления последовательно связаны друг с другом по холодной стороне. Четвертый подогреватель низкого давления 8 по холодной стороне связан с деаэратором 7. Деаэратор 7 через питательный насос паротурбинного блока 15 связан с первым подогревателем высокого давления 6 по холодной стороне. Первый подогреватель высокого давления 6 по горячей стороне связан с деаэратором 7, а по холодной – со вторым подогревателем высокого давления 16. Второй подогреватель высокого давления 16 по холодной стороне связан с третьим подогревателем высокого давления 17. Третий подогреватель высокого давления 17 по холодной стороне связан с паровым котлом 1. Цилиндр высокого давления паротурбинного блока 3 также связан через отбор с цилиндром среднего давления парогазового блока 26, а конденсатный насос парогазового блока 42 также связан с первым подогревателем низкого давления 12 по холодной стороне. Парогазовый блок состоит из компрессора 18, связанного через камеру сгорания 19 с газовой турбиной 20, которая является приводом для первого электрогенератора парогазового блока 21. Газовая турбина 20 связана с котлом-утилизатором 22, который, в свою очередь, состоит из пароперегревателя высокого давления 23, связанного по горячей стороне с испарителем высокого давления 24, а по холодной – с цилиндром высокого давления парогазового блока 25, который механически связан с цилиндром среднего давления парогазового блока 26, испаритель высокого давления 24 по горячей стороне связан с пароперегревателем среднего давления 27, а по холодной – с барабаном высокого давления парогазового блока 28, пароперегреватель среднего давления 27 по горячей стороне связан с испарителем среднего давления 29, а по холодной – с цилиндром среднего давления парогазового блока 26, который механически связан с цилиндром низкого давления парогазового блока 30, испаритель среднего давления 29 по горячей стороне связан с пароперегревателем низкого давления 31, а по холодной – с барабаном среднего давления парогазового блока 32, пароперегреватель низкого давления 31 по горячей стороне связан с экономайзером высокого давления 33, а по холодной – с цилиндром среднего давления парогазового блока 26, экономайзер высокого давления 33 по горячей стороне соединен с экономайзером среднего давления 34, а по холодной – с барабаном высокого давления парогазового блока 28, экономайзер среднего давления 34 по горячей стороне связан с испарителем низкого давления 35, а по холодной – с барабаном среднего давления парогазового блока 32, испаритель низкого давления 35 по горячей стороне связан с газовым подогревателем конденсата 36, а по холодной – с барабаном низкого давления парогазового блока 37, газовый подогреватель конденсата 36 по горячей стороне связан с атмосферой, а по холодной – с барабаном низкого давления парогазового блока 37, барабан низкого давления парогазового блока 37 по водяному пространству связан с испарителем низкого давления 35 и через питательные насосы среднего 38 и высокого 39 давлений парогазового блока с экономайзерами среднего 34 и высокого 33 давлений соответственно, а по паровому пространству – с пароперегревателем низкого давления 31, барабан среднего давления парогазового блока 32 по водяному пространству связан с испарителем среднего давления 29, а по паровому – с пароперегревателем среднего давления 27, барабан высокого давления парогазового блока 28 по водяному пространству связан с испарителем высокого давления 24, а по паровому – с пароперегревателем высокого давления 23. Цилиндр высокого давления парогазового блока 25 связан с пароперегревателем среднего давления 27. Цилиндр среднего давления парогазового блока 26 связан с цилиндром низкого давления парогазового блока 30. Цилиндр низкого давления парогазового блока 30, который является приводом для второго электрогенератора парогазового блока 40, связан с конденсатором парогазового блока 41. Конденсатор парогазового блока 41 связан с конденсатным насосом парогазового блока 42. Конденсатный насос парогазового блока 42 связан с газовым подогревателем конденсата 36.
Тепловая электрическая станция работает следующим образом. В паровом котле 1 образуется сухой насыщенный водяной пар, который перегревается в пароперегревателе 2. Из пароперегревателя 2 пар подается на вход цилиндра высокого давления паротурбинного блока 3, который является приводом для электрогенератора паротурбинного блока 9. После частичного расширения в цилиндре высокого давления паротурбинного блока 3 пар возвращается в паровой котел 1, а именно в промежуточный пароперегреватель 5, где повторно перегревается. Пар из промежуточного пароперегревателя 5 вновь подается в цилиндр высокого давления паротурбинного блока 3. По ходу его движения в цилиндре высокого давления паротурбинного блока 3 устроен ряд нерегулируемых отборов. Отборы на третий 17 и второй 16 подогреватели высокого давления не используются. Пар из следующего нерегулируемого отбора цилиндра высокого давления паротурбинного блока 3 направляется в первый подогреватель высокого давления 6 и деаэратор 7. В первом подогревателе высокого давления 6 он используется для подогрева питательной воды. Здесь он конденсируется и направляется в деаэратор 7. В деаэраторе 7 отборный пар используется для очистки потока основного конденсата, подаваемого из конденсатора паротурбинного блока 13 конденсатным насосом паротурбинного блока 14 через первый 12, второй 11, третий 10 и четвертый 8 подогреватели низкого давления, от кислорода и других неконденсируемых газов. Последний по ходу движения нерегулируемый отбор пара из цилиндра высокого давления паротурбинного блока 3 используется для подачи отборного пара в четвертый подогреватель низкого давления 8 для подогрева потока основного конденсата. Основной поток пара из цилиндра высокого давления паротурбинного блока 3 подается в цилиндр низкого давления паротурбинного блока 4, который является приводом для электрогенератора паротурбинного блока 9. По ходу движения пара в цилиндре низкого давления паротурбинного блока 4 устроен ряд нерегулируемых отборов. Отборный пар направляется в третий 10, второй 11 и первый 12 подогреватели низкого давления, где используется для подогрева основного потока конденсата из конденсатора паротурбинного блока 13. Пар из цилиндра высокого давления паротурбинного блока 3 также поступает через отбор в цилиндр среднего давления парогазового блока 26. Основной поток пара из цилиндра низкого давления паротурбинного блока 4 подается в конденсатор паротурбинного блока 13, где конденсируется, отдавая свою теплоту охлаждающей воде. Основной поток конденсата из конденсатора паротурбинного блока 13 конденсатным насосом паротурбинного блока 14 направляется в деаэратор 7, последовательно проходя первый 12, второй 11, третий 10 и четвертый 8 подогреватели низкого давления. Из деаэратора 7 питательная вода питательным насосом паротурбинного блока 15 подается в паровой котел 1, последовательно проходя первый подогреватель высокого давления 6, где подогревается за счет теплоты, отданной отборным паром, а также второй подогреватель высокого давления 16 и третий подогреватель высокого давления 17. Воздух, сжатый в компрессоре 18, подается в камеру сгорания 19, в которой сжигается газообразное топливо. Из камеры сгорания 19 продукты сгорания попадают в газовую турбину 20, являющуюся приводом для компрессора 18 и первого электрогенератора парогазового блока 21. Выхлопные газы, из газовой турбины 20, поступают котел-утилизатор 22. Здесь они отдают свою теплоту на перегрев пара в пароперегревателе высокого давления 23, на кипение котловой воды в испарителе высокого давления 24, на перегрев пара в пароперегревателе среднего давления 27, на кипение котловой воды в испарителе среднего давления 29, на перегрев пара в пароперегревателе низкого давления 31, на подогрев питательной воды в экономайзере высокого давления 33, на подогрев питательной воды в экономайзере среднего давления 34, на кипение котловой воды в испарителе низкого давления 35, на подогрев потока основного конденсата парогазового блока в газовом подогревателе 36. Из котла-утилизатора 22 продукты сгорания направляются в атмосферу. Поток конденсата парогазового блока из конденсатора парогазового блока 41 поступает на вход конденсатного насоса парогазового блока 42. Далее основной поток конденсата парогазового блока конденсатным насосом парогазового блока 42 направляется в газовый подогреватель конденсата 36, где подогревается за счет теплоты уходящих газов. Часть основного потока конденсата парогазового блока направляется в первый подогреватель низкого давления 12 для сохранения массового баланса. Из газового подогревателя конденсата 36 основной поток конденсата парогазового блока подается в барабан низкого давления парогазового блока 37, который надстроен деаэрационной головкой, где очищается от кислорода и других неконденсируемых газов и смешивается с его котловой водой. Из барабана низкого давления парогазового блока 37 часть котловой воды направляется в испаритель низкого давления 35, где происходит кипение за счет теплоты продуктов сгорания. Из испарителя низкого давления 35 сухой насыщенный пар подается в паровое пространство барабана низкого давления парогазового блока 37. Другая часть котловой воды из барабана низкого давления парогазового блока 37 питательными насосами среднего 38 и высокого 39 давлений направляется в экономайзеры среднего 34 и высокого 33 давлений соответственно. Сухой насыщенный пар из барабана низкого давления парогазового блока 37 подается в пароперегреватель низкого давления 31, где перегревается за счет теплоты продуктов сгорания. Из пароперегревателя низкого давления 31 перегретый пар направляется в цилиндр среднего давления парогазового блока 26, который является приводом для второго электрогенератора парогазового блока 40, где смешивается с частично отработавшим потоком основного пара парогазового блока. Из экономайзера среднего давления 34 питательная вода подается в барабан среднего давления парогазового блока 32, где смешивается с его котловой водой. Из барабана среднего давления парогазового блока 32 котловая вода направляется в испаритель среднего давления 29, где происходит кипение за счет теплоты продуктов сгорания. Из испарителя среднего давления 29 сухой насыщенный пар подается в паровое пространство барабана среднего давления парогазового блока 32. Сухой насыщенный пар из барабана среднего давления парогазового блока 32, предварительно смешавшись с потоком основного пара из цилиндра высокого давления парогазового блока 25, подается в пароперегреватель среднего давления 27, где перегревается за счет теплоты продуктов сгорания. Из экономайзера высокого давления 33 питательная вода подается в барабан высокого давления парогазового блока 28, где смешивается с его котловой водой. Из барабана высокого давления парогазового блока 28 котловая вода направляется в испаритель высокого давления 24, где происходит кипение за счет теплоты продуктов сгорания. Из испарителя высокого давления 24 сухой насыщенный пар подается в паровое пространство барабана высокого давления парогазового блока 28. Из барабана высокого давления парогазового блока 28 сухой насыщенный пар направляется в пароперегреватель высокого давления 23, где перегревается за счет теплоты продуктов сгорания. Из пароперегревателя высокого давления 23 перегретый пар подается в цилиндр высокого давления парогазового блока 25, который является приводом для второго электрогенератора парогазового блока 40. Из цилиндра высокого давления парогазового блока 25 поток основного пара парогазового блока направляется в пароперегреватель среднего давления 27, где к нему подмешивается пар из барабана среднего давления парогазового блока 32, и перегревается за счет теплоты продуктов сгорания. Из пароперегревателя среднего давления 27 перегретый пар подается на вход цилиндра среднего давления парогазового блока 26, который является приводом для второго электрогенератора парогазового блока 40. Из цилиндра среднего давления парогазового блока 26 поток основного пара парогазового блока направляется в цилиндр низкого давления парогазового блока 30, который является приводом для второго электрогенератора парогазового блока 40. Из цилиндра низкого давления парогазового блока 30 поток основного пара парогазового блока подается в конденсатор парогазового блока 41, где конденсируется, отдавая свою теплоту охлаждающей воде.
Таким образом, изобретение позволит повысить маневренность тепловой электрической станции за счет приближения расхода пара в проточной части цилиндров среднего и низкого давления паротурбиной части парогазового блока к номинальным значениям. Это будет достигнуто путем направления излишков пара из цилиндра высокого давления паротурбинного блока в цилиндр среднего давления паротурбиной части парогазового блока. Снижение расхода пара в проточной части цилиндров высокого, среднего и низкого давлений паротурбинной части парогазового блока вызвано повышением температуры окружающего воздуха. Излишки пара в паротурбинном блоке возникли из-за отключения второго и третьего подогревателей высокого давления. Дисбаланс в массовых расходах в блоках при перенаправлении потоков пара устраняется возвратом конденсата конденсатным насосом парогазового блока в первый подогреватель низкого давления паротурбинного блока.