Теплофикационная парогазовая установка
COMBINED-CYCLE COGENERATION PLANT

Изобретение относится к энергетике и может быть применено для тепло- и электроснабжения потребителей в новых микрорайонах городов.
Известна теплофикационная газотурбинная установка с паровым котлом-утилизатором, вырабатывающим пар за счет охлаждения продуктов сгорания, выходящих из газовой турбины ,и направляемый тепловому потребителю (Цанев С.В., Буров В.Д., Ремезов А.Н. Газотурбинные и парогазовые установки тепловых электростанций. М.: Издательство МЭИ, 2002, стр. 434). Она содержит компрессор, камеру сгорания, газовую турбину. К выходу газовой турбины подключен паровой котел-утилизатор, вырабатывающий пар для теплового потребителя и обеспечения собственных нужд энергоустановки. Питательная вода питательным насосом подается на вход котла-утилизатора. Привод компрессора газотурбинной установки осуществляется от газовой турбины. Большая часть мощности газовой турбины расходуется на привод компрессора. Недостатком теплофикационной газотурбинной установки является снижение тепловой экономичности при уменьшении тепловой нагрузки потребителя. При этом часть продуктов сгорания после газовой турбины перепускают помимо котла-утилизатора, что снижает коэффициент полезного использования энергии топлива.
Известны парогазовые установки с котлом-утилизатором и паротурбинным приводом компрессора. В отличие от традиционных схем ПГУ компрессор в них 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.) Недостатком данной парогазовой установки является то, что она используется только для выработки электроэнергии.
Известна теплофикационная газотурбинная установка, содержащая компрессор, соединенный по сжатому воздуху с камерой сгорания и газовой турбиной, имеющей общий вал с электрогенератором. К выхлопу газовой турбины подключен паровой котел-утилизатор, соединенный по пару с тепловым потребителем. Эта установка содержит паровую турбину с конденсатором, которая через эластичную гидромуфту соединена с валом компрессора. Выход котла-утилизатора соединен паропроводом с входом паровой турбины, в газоходе на входе в котел-утилизатор установлена камера дожигания топлива. При снижении тепловой нагрузки потребителя избыточный пар котла-утилизатора подают в паровую турбину. Камера дожигания топлива включается при необходимости увеличения отпуска теплоты потребителю. При этом мощность паровой турбины используется для привода компрессора, что обеспечивает увеличение электрической мощности ГТУ и КПД по выработке электроэнергии. (Патент №2549743, МПК F02C 6/18, опубл. 27.04.2015 - прототип).
Положительными качествами теплофикационной газотурбинной установки является то, что котел-утилизатор снабжен камерой дожигания, применение эластичной расцепной муфты обеспечивает связь паровой турбины с компрессором.
Недостатками теплофикационной газотурбинной установки, принятой за прототип изобретения, являются следующие факторы:
- ее использование только для отпуска технологического пара и невозможность ее использования для теплофикации потребителей;
- недостаточная тепловая мощность и экономичность установки, так как паровой привод компрессора производят только в случаях снижения тепловой нагрузки потребителя.
Целью изобретения является создание экономичной теплофикационной парогазовой установки с паровым приводом компрессора с ее хорошей адаптацией при работе в отопительные периоды года при изменяющейся тепловой нагрузке теплофикационных потребителей.
Поставленная цель достигается тем, что теплофикационная парогазовая установка, содержащая газотурбинную установку с компрессором, камерой сгорания, газовой турбиной, выхлопной газоход и электрогенератор, паровой котел-утилизатор, паровую турбину, эластичную расцепную муфту; выход газовой турбины соединен выхлопным газоходом с котлом-утилизатором, снабженным камерой дожигания топлива, причем в ней применены основная и дополнительная противодавленческие паровые турбины, в котле-утилизаторе, по ходу газов размещены пароперегреватель, испаритель второй ступени, камера дожигания топлива, испаритель первой ступени, экономайзер, газоводяной подогреватель сетевой воды, применены сетевые подогреватели первой и второй ступеней, деаэратор; основной и дополнительный паропроводы перегретого пара, первый выхлопной паропровод, второй выхлопной паропровод, прямой и обратный трубопроводы теплосети; котел-утилизатор вырабатывает перегретый пар средних параметров; пароперегреватель соединен основным паропроводом перегретого пара с входом основной противодавленческой паровой турбины, ее выход первым выхлопным паропроводом соединен с сетевым подогревателем первой ступени, а также связан дополнительным паропроводом перегретого пара с входом дополнительной противодавленческой паровой турбины, выход которой вторым выхлопным паропроводом соединен с сетевым подогревателем второй ступени, обратный трубопровод теплосети связан через сетевые подогреватели первой и второй ступени, а также через газоводяной подогреватель с прямым трубопроводом теплосети; первый вход деаэратора связан по конденсату с сетевым подогревателем первой ступени, его второй вход соединен с прямым трубопроводом теплосети, выход деаэратора связан трубопроводом питательной воды с питательным насосом с входом экономайзера; компрессор связан валом с основной паровой турбиной, газовая турбина соединена одним валом с электрогенератором, а вторым валом через эластичную расцепную муфту с дополнительной паровой турбиной.
Сущность технического решения поясняется чертежом, на котором приведена тепловая схема предлагаемой теплофикационной парогазовой установки. Она содержит основную противодавленческую паровую турбину 1, компрессор 2, дополнительную противодавленческую паровую турбину 3, камеру сгорания 4, газовую турбину 5, электрогенератор 6, паропровод перегретого пара 7, первый выхлопной паропровод 8, второй выхлопной паропровод 9, дополнительный паропровод перегретого пара 10, запорный орган 11, эластичную расцепную муфту 12, котел-утилизатор 13, сетевой подогреватель первой ступени 14, сетевой подогреватель второй ступени 15, пароперегреватель 16, испаритель второй ступени 17, камеру дожигания топлива 18, испаритель первой ступени 19, экономайзер 20, конденсатопровод 21, вакуумный деаэратор 22, трубопровод питательной воды с питательным насосом 23, газоводяной подогреватель сетевой воды 24, прямой трубопровод сетевой воды теплосети 25, обратный трубопровод сетевой воды теплосети 26.
Теплофикационная парогазовая установка в начале отопительного сезона при небольших тепловых нагрузках работает следующим образом. Атмосферный воздух, сжатый компрессором 2, подают в камеру сгорания 4, сжигают в ней топливо, продукты сгорания расширяют в газовой турбине 5, приводящей электрогенератор 6. Продукты сгорания подают в паровой котел-утилизатор 13, где их теплоту используют в пароперегревателе 16, испарителе второй ступени 17, испарителе первой ступени 19 и в экономайзере 20 для выработки перегретого пара средних параметров и для подогрева сетевой воды в газоводяном подогревателе сетевой воды 24. Пар из пароперегревателя 16 подают по паропроводу перегретого пара 7 на вход основной противодавленческой паровой турбины 1, полезную работу которой используют для привода компрессора 2. Пар, расширенный в ней, подают по первому выхлопному паропроводу 8 в сетевой подогреватель первой ступени 14. Сетевую воду из обратного трубопровода сетевой воды теплосети 26 подогревают в сетевом подогревателе первой ступени 14 и подают в прямой трубопровод сетевой воды теплосети 25. Конденсат пара из сетевого подогревателя первой ступени 14 подают по конденсатопроводу 21 в вакуумный деаэратор 22, где производят его деаэрацию. Греющим агентом в нем является горячая сетевая вода, подаваемая из прямого трубопровода сетевой воды теплосети 25. Деаэрированную воду по трубопроводу питательной воды с питательным насосом 23 подают в экономайзер 20 для выработки в котле-утилизаторе 13 перегретого пара. В газоводяном подогревателе сетевой воды 24 подогревают сетевую воду подводимому в него из обратного трубопровода сетевой воды теплосети 26 и отводимую в прямой трубопровод сетевой воды теплосети 25.
При работе теплофикационной парогазовой установки в отопительных режимах с повышенной тепловой нагрузкой, в камере дожигания топлива 18 сжигают дополнительное топливо и увеличивают паропроизводительность котла-утилизатора 13. Дополнительный расход перегретого пара, полученный при сжигании топлива в камере дожигания топлива 18, через дополнительный паропровод перегретого пара 10 с запорным органом 11 подают на вход в дополнительную противодавленческую паровую турбину 3. При этом включают эластичную расцепную муфту 12 и соединяют вал этой турбины с валом газовой турбины 5. Полезную работу дополнительной противодавленческой паровой турбины 3 используют для дополнительной выработки электроэнергии в электрогенераторе 6. Пар, расширенный в дополнительной противодавленческой паровой турбине 3, подают по второму выхлопному паропроводу 9 в сетевой подогреватель второй ступени 15, где его теплотой дополнительно подогревают сетевую воду теплосети, подогретую в сетевом подогревателе первой ступени 14. Сетевую воду из обратного трубопровода сетевой воды теплосети 26 вначале подогревают в сетевом подогревателе первой ступени 14 а затем в сетевом подогревателе второй ступени 15 и подают в прямой трубопровод сетевой воды теплосети 25. Конденсат пара из сетевого подогревателя второй ступени 15 направляют в сетевой подогреватель первой ступени 14, а из него подают по конденсатопроводу 21 в вакуумный деаэратор 22 где производится его деаэрация. Греющим агентом в нем является горячая сетевая вода подаваемая из прямого трубопровода сетевой воды теплосети 25. Увеличение расхода топлива в камеру дожигания топлива 18, паропроизводительности котла-утилизатора 13 и тепловой мощности установки производят в соответствии с тепловой нагрузкой потребителей и температурным графиком теплосети.
Предлагаемое изобретение позволяет:
- в неотопительных режимах работы установки отключать эластичную разъемную муфту, дополнительную паровую турбину и сетевой подогреватель второй ступени, прекращая в них подачу пара;
- в отопительных режимах работы за счет сжигания дополнительного топлива в камере дожигания увеличивать паропроизводительность котла-утилизатора, подавать пар в дополнительную паровую турбину и сетевой подогреватель второй ступени, использовать полезную работу этой турбины для выработки электроэнергии;
- в отопительных режимах работы тепловую мощность установки и температуру подогрева сетевой воды можно изменять в соответствии с тепловой нагрузкой потребителей и температурным графиком теплосети.