КОНТАКТНАЯ ПАРОГАЗОВАЯ ТЕПЛОЭЛЕКТРОЦЕНТРАЛЬ С ЗАКРЫТОЙ ТЕПЛОФИКАЦИОННОЙ СИСТЕМОЙ

Контактная парогазовая теплоэлектроцентраль с закрытой теплофикационной системой относится к области энергетики, и может быть использована для модернизации базовых теплоэлектроцентралей используемых для совместного производства электрической и тепловой энергии.
Известна комбинированная газопаровая установка типа «Водолей», газотурбинная установка которой работает на парогазовой смеси. В выхлопном газоходе ее парогазовой турбины размещен паровой котел-утилизатор. 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 сепарированной 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. [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» генерируемый в котле-утилизаторе пар используют только для впрыска камеру сгорания парогазовой турбины, кроме того, теплота сепарированной воды не используется для подогрева сетевой воды теплосети в существующих паротурбинных теплоэлектроцентралях, поэтому эта установка не может быть применена для их модернизации.
Наиболее близкой по технической сущности является контактная парогазовая теплоэлектроцентраль с закрытой теплофикационной системой [«Парогазовая установка ПГУ - 60 С. Коммерческое предложение. ФГУП «Салют», 2005 г.»], содержащая 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. а по сепарированной воде (конденсату) связано трубопроводом с баком сепарированной воды (емкостью - накопителем конденсата). Входной патрубок парогенератора соединен трубопроводом питательной воды с баком сепарированной воды. Выходной патрубок парогенератора соединен паропроводом через противодавленческую паровую турбины с устройствами впрыска пара в камеру сгорания парогазовой турбины высокого давления. Входной патрубок теплонасосной установки подключен по сепарированной воде трубопроводом к баку сепарированной воды, а ее выходной патрубок по сепарированной воде связан трубопроводом с оросительным устройством котла-утилизатора. По нагреваемой сетевой воде теплонасосная установка подключена на входе к трубопроводу обратной и на выходе к трубопроводу прямой сетевой воды закрытой теплофикационной системы.
Парогазовая установка ПГУ - 60 С не может быть использована для модернизации базовых паротурбинных теплоэлектроцентралей, так как вырабатываемый ей пар имеет параметры ниже стандартных для типовых теплофикационных турбин, и используется только для впрыска в камеру сгорания парогазовой турбины Кроме того теплота сепарированной в сепарационном устройстве газоохладителя-конденсатора не может быть использована для подогрева сетевой воды теплосети базовых паротурбинных теплоэлектроцентралей.
Задачей предлагаемого технического решения является создание контактной парогазовой теплоэлектроцентрали с закрытой теплофикационной системой, позволяющей обеспечить эффективную модернизацию базовых паротурбинных теплоэлектроцентралей с повышением их мощности и экономичности; при существенно сниженных затратах.
Поставленная задача достигается за счет того, что Контактная парогазовая теплоэлектроцентраль с закрытой теплофикационной системой, содержащая котлоагрегат, главный паропровод, теплофикационную паровую турбину, деаэратор высокого давления, питательный насос высокого давления, закрытую теплофикационную систему с сетевыми подогревателями, трубопроводами обратной и прямой сетевой воды, при этом она дополнительно снабжена блоком утилизации тепла парогазовой смеси, содержащим котел-утилизатор с парогенераторами высокого и дополнительным парогенератором низкого давления, блоком использования сепарированной воды, который трубопроводом питательной воды низкого давления связан с входом дополнительного парогенератора низкого давления котла-утилизатора; трубопроводом
оросительной воды связан с оросительным устройством блока утилизации тепла парогазовой смеси; в свою очередь вход парогенератора высокого давления котла-утилизатора связан трубопроводом парогазовой смеси с выходом парогазовой турбинной установки; парогенератор низкого давления котла утилизатора соединен дополнительным паропроводом низкого давления с парогазотурбинной установкой; блок использования сепарированной воды трубопроводами питательной воды низкого давления, оросительной воды и сепарированной воды связан с блоком утилизации тепла парогазовой смеси, и трубопроводами охлажденной и подогретой сетевой воды с базовой теплоэлектроцентралью; парогенератор высокого давления соединен трубопроводами питательной воды высокого давления и пара высокого давления с базовой теплоэлектроцентралью.
В парогенераторе высокого давления котла-утилизатора вырабатывается пар высокого давления, подаваемый в базовую теплоэлектроцентраль, что позволяет модернизировать эту теплоэлектроцентраль с повышением ее мощности и экономичности. Использование теплоты большей части сепарированной воды для подогрева сетевой воды теплосети закрытой теплофикационной системы модернизируемой базовой теплоэлектроцентрали, позволяет дополнительно повысить ее экономичность.
Использование для генерации пара высокого давления питательной воды подготовленной в базовой паротурбинной теплоэлектроцентрали позволяет сократить затраты на подготовку качественной питательной воды.
Подключение теплонасосной установки трубопроводами охлажденной и подогретой сетевой воды к трубопроводам обратной и прямой сетевой воды базовой теплоцентрали позволяет дополнительно повысить ее тепловую экономичность.
Использование для генерации пара низкого давления умягченной и деаэрированной сепарированной воды позволяет удешевить установку для подготовки питательной воды низкого давления.
Повышение температуры парогазовой смеси перед котлом утилизатором обеспечивает возможность генерации в нем перегретого пара высокого давления с параметрами стандартными для существующих теплофикационных паровых турбин.
Это позволяет расширять генерируемый пар высокого давления в типовых теплофикационных паровых турбинах модернизируемой теплоэлектроцентрали, в которые также подают и расширяют в них пар высокого давления, вырабатываемый котельными агрегатами этой паротурбинной теплоэлектроцентрали, при этом сокращается паропроизводительность и расход топлива на котельные агрегаты,
повышается тепловая экономичность модернизируемой паротурбинной теплоэлектроцентрали.
На чертеже на фиг.1, показана блок-схема контактной парогазовой теплоэлектроцентрали с закрытой теплофикационной системой.
Блок-схема на фиг.1 состоит из трех блоков: базовая теплоэлектроцентраль с закрытой теплофикационной системой 1; блок утилизации тепла парогазовой смеси 2; блок использования сепарированной воды 3.
На чертеже фиг.2 показана принципиальная схема контактной парогазовой теплоэлектроцентрали с закрытой теплофикационной системой.
Базовая теплоэлектроцентраль с закрытой теплофикационной системой 1 содержит: питательный насос высокого давления 24, трубопроводы питательной воды высокого давления 7, регенеративные подогреватели высокого давления 25, котлоагрегат 26, главный паропровод 27, теплофикационную паровую турбину 28, электрогенератор 29, паропровод 30, деаэратор высокого давления 31, закрытую теплофикационную систему 32, сетевой подогреватель 33, трубопроводы прямой 34 и обратной 35 сетевой воды.
Блок утилизации тепла парогазовой смеси 2 содержит: трубопровод парогазовой смеси 4; паропровод низкого давления 5; паропровод высокого давления 6; паровой котел-утилизатор двух давлений пара 13, содержащий парогенератор высокого давления 14,, парогенератор низкого давления 15, оросительное устройство 16, газоохладитель-конденсатор 17, выхлопной газоход 18 с дымососом.
Блок использования сепарированной воды 3 содержит: трубопроводы охлажденной 8 и подогретой 9 сетевой воды трубопровод питательной воды низкого давления 10 с питательным насосом; трубопровод оросительной воды 11, трубопровод сепарированной воды 12, бак сепарированной воды 19, фильтр умягчения питательной воды низкого давления 20, деаэратор 21, трубопровод с насосом сепарированной воды 22, теплонасосную установку 23.
Контактная теплоэлектроцентраль с закрытой теплофикационной системой выполнена следующим образом.
Котлоагрегат 26 контактной теплоэлектроцентрали с закрытой теплофикационной системой соединен главным паропроводом 27 с теплофикационной паровой турбиной 28, которая соединена паропроводом 30 с сетевыми подогревателями 33 закрытой теплофикационной системы 32. Деаэратор высокого давления 31 связан через питательный насос высокого давления 24 одним трубопроводом питательной воды 7 через подогреватели высокого давления 25 с котлоагрегатом 26 и вторым трубопроводом питательной воды 7 с входом парогенератора высокого давления 14 котла-утилизатора
13. Трубопровод обратной сетевой воды 35 базовой теплоэлектроцентрали связан трубопроводом охлажденной сетевой воды 8 с входом теплонасосной установки 23, а трубопровод прямой сетевой воды 34 соединен трубопроводом подогретой сетевой воды 9 с выходом теплонасосной установки 23.
Выход парогазовой турбины низкого давления (не показана) соединен трубопроводом парогазовой смеси 4 с котлом-утилизатором 13.
В котле-утилизаторе 13 блока утилизации тепла парогазовой смеси 2, по ходу парогазовой смеси размещены, парогенератор высокого давления 14, дополнительный парогенератор низкого давления 15, оросительное устройство 16, газоохладитель-конденсатор 17 с сепарационным устройством. Выхлопной газоход котла-утилизатора 13 связан трубопроводом 18 через дымосос с атмосферой. Выход парогенератора высокого давления 14 соединен паропроводом 6 с главным паропроводом 27 базовой теплоэлектроцентрали 1. Выход парогенератора низкого давления 15 связан паропроводом 5 с камерой дожигания низкого давления парогазотурбинной установки (не показана), а его вход связан трубопроводом 10 через питательный насос низкого давления, деаэратор 21 и фильтр умягчения питательной воды 20 с баком сепарированной воды 19 блока использования сепарированной воды 3. Оросительное устройство 16 связано трубопроводом оросительной воды 11 с выходом теплонасосной установки 23. Сепарационное устройство газоохладителя-конденсатора 17, трубопроводом сепарированной воды 12 соединено с входом бака сепарированной воды 19.
Выход из бака сепарированной воды 19 соединен вторым трубопроводом сепарированной воды через насос 22 с входом теплонасосной установки 23. Теплонасосная установка 23 подключена через трубопровод охлажденной сетевой воды 8 к обратному трубопроводу 35, а на выходе трубопроводом подогретой сетевой воды 9 к трубопроводу 34 прямой сетевой воды закрытой теплофикационной системы 32 теплоэлектроцентрали 1.
Контактная теплоэлектроцентраль с закрытой теплофикационной системой работает следующим образом.
Перегретый пар высокого давления вырабатывают в котлоагрегате 26 базовой теплоэлектроцентрали с закрытой теплофикационной системой 1, по главному паропроводу 27 подводят его к теплофикационной паровой турбине 28 и расширяют его. Полезную работу паровой турбины 28 используют для выработки электроэнергии в электрогенераторе 29. Пар из регенеративных отборов этой паровой турбины используют для подогрева питательной воды в регенеративных подогревателях питательной воды 26.
Паром из паропровода 30 в сетевом подогревателе 33 производят подогрев сетевой воды закрытой теплофикационной системы 32.
В деаэраторе высокого давления 31 деаэрируют питательную воду и подают питательным насосом высокого давления 24 ее часть через регенеративные подогреватели высокого давления 25 в котельный агрегат 26. Остальную часть питательной воды подают по трубопроводу питательной воды высокого давления 7 на вход в парогенератор высокого давления 14 котла-утилизатора 13. Из выхода этого парогенератора 14 перегретый пар по паропроводу высокого давления 6 подают в главный паропровод 27 базовой теплоэлектроцентрали 1.
Парогазовую смесь вышедшую из парогазотурбинной установки (не показана) по трубопроводу парогазовой смеси 4 подают в котел-утилизатор 13 блока утилизации теплоты парогазовой смеси 2.
Теплоту парогазовой смеси утилизируют для выработки перегретого пара высокого давления в парогенераторе высокого давления 14 и пара низкого давления в парогенераторе низкого давления 15.
Пар высокого давления по паропроводу высокого давления 6 подают в главный паропровод 27 базовой теплоэлектроцентрали 1. Пар низкого давления направляют по паропроводу низкого давления 5 в парогазотурбинную установку (не показана).
В парогазовую смесь, частично охлажденную при выработке пара высокого и низкого давления впрыскивают в оросительном устройстве 16 оросительную воду с температурой 20-30°С, подводимую в него по трубопроводу оросительной воды 11 из блока использования сепарированной воды 3.
За счет этого в газоохладителе-конденсаторе 17 конденсируют паровую составляющую парогазовой смеси. В сепарационном устройстве газоохладителя-конденсатора 17 сепарируют конденсат парогазовой смеси и оросительную воду от продуктов сгорания топлива. Продукты сгорания по выхлопному газоходу 18 с дымососом сбрасывают в атмосферу.
Меньшую часть сепарированной воды в блоке 3 умягчают в фильтре умягчения питательной воды низкого давления 20, деаэрируют в деаэраторе 21 и по трубопроводу 10 через питательный насос низкого давления подводят ее на вход в парогенератор низкого давления 15 котла-утилизатора 13. Большую ее часть, насосом сепарированной воды 22 подают по трубопроводу на вход в теплонасосную установку 23, в которой ее охлаждают. Используют теплоту сепарированной воды для подогрева части сетевой воды теплосети закрытой теплофикационной системы модернизируемой базовой теплоэлектроцентрали 1, подводимой в теплонасосную установку 23 по трубопроводу охлажденной сетевой воды
8 и отводимой из него по трубопроводу подогретой сетевой воды 9 блока 3. Охлажденную сепарированную воду по трубопроводу оросительной воды 11 подают в оросительное устройство 16 для впрыска в парогазовую смесь котла-утилизатора 13.
Предлагаемая компоновка теплоэлектроцентрали с закрытой теплофикационной системой имеет преимущества, как перед известными аналогами, так и перед прототипом и обеспечивает модернизацию базовых теплоэлектроцентралей с закрытой теплофикационной системой.