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 №2611138 РФ, МПК F01K 23/10. Способ работы парогазовой установки электростанции / Кудинов А.А., Зиганшина С.К., Хусаинов К.Р.; заявитель и патентообладатель Самарский государственный технический университет - №2015136089; опубликован 21.02.2017, Бюл. №6), по которому органическое топливо и сжатый в турбокомпрессоре атмосферный воздух подают в камеру сгорания газотурбинной установки, где осуществляется процесс горения органического топлива с образованием нагретых до высокой температуры продуктов сгорания, продукты сгорания смешивают с вторичным воздухом, образовавшиеся 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, в котором расположены основная теплообменная поверхность, камера дополнительного сжигания топлива и промежуточный пароперегреватель, в котле-утилизаторе в процессе охлаждения газов в основной тепло-обменной поверхности генерируется водяной пар, водяной пар подают в паровую турбину конденсационного типа, состоящую из цилиндра высокого давления и цилиндра низкого давления, в паровой турбине осуществляется процесс расширения водяного пара и совершается полезная работа паросилового цикла, затрачиваемая на привод электрического генератора, при этом осуществляют промежуточный перегрев отработавшего в цилиндре высокого давления паровой турбины конденсационного типа водяного пара в промежуточном пароперегревателе, отработавший в паровой турбине водяной пар направляют в конденсатор, а охлажденные в промежуточном пароперегревателе газы по выхлопному газоходу отводят в атмосферу, в конденсаторе в процессе теплообмена с циркуляционной водой осуществляют конденсацию водяного пара, образовавшийся в конденсаторе конденсат насосом подают в котел-утилизатор.
Данный способ 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 известная парогазовая установка электростанции обладает низкой экономичностью, так как уходящие газы, охлажденные в промежуточном пароперегревателе, установленном после камеры дополнительного сжигания топлива и являющимся последней теплообменной поверхностью котла-утилизатора, отводятся в атмосферу при высокой температуре. Отвод уходящих газов в атмосферу при высокой температуре обусловливает низкий КПД котла-утилизатора, что приводит к снижению КПД и экономичности парогазовой установки электростанции. Кроме того, в камере дополнительного сжигания топлива происходит перерасход органического топлива за счет подогрева суммарного потока газов до температуры на 20-25°С выше температуры вторично перегреваемого водяного пара, а также повышенных затрат на строительство и эксплуатацию камеры дополнительного сжигания топлива и промежуточного пароперегревателя больших размеров.
Сущность изобретения заключается в следующем.
Для повышения КПД котла-утилизатора и экономичности парогазовой установки электростанции целесообразно наряду с промежуточным перегревом водяного пара осуществлять более глубокое охлаждение отработавших в котле-утилизаторе газов. Для этого камеру дополнительного сжигания топлива и теплообменную поверхность промежуточного пароперегревателя целесообразно размещать не во всем объеме хвостовой части котла-утилизатора, а только в его небольшой зоне - в специально выделенном газоходе. При этом для снижения температуры отработавших в котле-утилизаторе газов в качестве последней теплообменной поверхности по ходу газов в специально выделенном газоходе следует установить газовый подогреватель сетевой воды. Кроме того, для изменения расхода второго потока газов на входе в специально выделенный газоход необходимо установить регулирующий орган.
Технический результат - повышение экономичности парогазовой установки электростанции.
Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном способе работы парогазовой установки электростанции, по которому органическое топливо и сжатый в турбокомпрессоре атмосферный воздух подают в камеру сгорания газотурбинной установки, где осуществляется процесс горения органического топлива с образованием нагретых до высокой температуры продуктов сгорания, продукты сгорания смешивают с вторичным воздухом, образовавшиеся 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, в котором расположены основная теплообменная поверхность, камера дополнительного сжигания топлива и промежуточный пароперегреватель, в котле-утилизаторе в процессе охлаждения газов в основной теплообменной поверхности генерируется водяной пар, водяной пар подают в паровую турбину конденсационного типа, состоящую из цилиндра высокого давления и цилиндра низкого давления, в паровой турбине осуществляется процесс расширения водяного пара и совершается полезная работа паросилового цикла, затрачиваемая на привод электрического генератора, при этом осуществляют промежуточный перегрев отработавшего в цилиндре высокого давления паровой турбины конденсационного типа водяного пара в промежуточном пароперегревателе, отработавший в паровой турбине водяной пар направляют в конденсатор, а охлажденные в промежуточном пароперегревателе газы по выхлопному газоходу отводят в атмосферу, в конденсаторе в процессе теплообмена с циркуляционной водой осуществляют конденсацию водяного пара, образовавшийся в конденсаторе конденсат насосом подают в котел-утилизатор, особенность способа работы парогазовой установки электростанции заключается в том, что охлажденный в основной теплообменной поверхности суммарный поток уходящих газов разделяют на два потока, первый поток газов в количестве 70-75% при температуре 100-120°С направляют в выхлопной газоход, а второй поток газов в количестве 25-30% подают в специально выделенный в хвостовой части котла-утилизатора газоход, в котором последовательно по ходу газов устанавливают регулирующий орган, камеру дополнительного сжигания топлива и теплообменные поверхности промежуточного пароперегревателя и газового подогревателя сетевой воды, при этом газы в камере дополнительного сжигания топлива подогревают, а в теплообменных поверхностях промежуточного пароперегревателя и газового подогревателя сетевой воды охлаждают, охлажденные в теплообменной поверхности газового подогревателя сетевой воды до температуры 80-90°С газы направляют в выхлопной газоход, где смешивают с первым потоком охлажденных в основной теплообменной поверхности газов, суммарный поток газов при температуре 90-110°С отводят в атмосферу, кроме того изменение расхода второго потока газов, направляемого в специально выделенный газоход, осуществляют регулирующим органом, установленным перед камерой дополнительного сжигания топлива.
На чертеже представлена схема парогазовой установки электростанции, реализующая предлагаемый способ, где показаны: газотурбинная установка, состоящая из турбокомпрессора 1, газовой турбины 2, камеры сгорания 3 и электрогенератора 4, котел-утилизатор, где расположены основная теплообменная поверхность 5 и специально выделенный газоход, в котором последовательно по ходу газов расположены регулирующий орган 6, камера дополнительного сжигания топлива 7, промежуточный пароперегреватель 8 и газовый подогреватель сетевой воды 9, паровая турбина конденсационного типа, состоящая из цилиндра высокого давления 10 и цилиндра низкого давления 11, электрический генератор 12, конденсатор 13, питательный насос 14, выхлопной газоход 15 и дымовая труба 16.
Способ реализуется следующим образом.
В турбокомпрессор 1 газотурбинной установки подают атмосферный воздух, где осуществляется процесс сжатия воздуха до необходимого давления, после чего сжатый воздух направляют в камеру сгорания 3, куда также подают органическое топливо. Образовавшиеся в камере сгорания 3 продукты сгорания смешивают с вторичным воздухом. Смесь продуктов сгорания с вторичным воздухом (газы) подают в газовую турбину 2, в которой газы совершают работу газотурбинного цикла, затрачиваемую на привод турбокомпрессора 1 и электрического генератора 4 газотурбинной установки.
Отработавшие в газовой турбине 2 газы подают в основную теплообменную поверхность 5 котла-утилизатора, где в процессе теплообмена генерируется перегретый водяной пар высоких параметров. После основной теплообменной поверхности 5 котла-утилизатора суммарный поток уходящих газов разделяют на два потока. Первый поток газов в количестве 70-75% при температуре 100-120°С направляют в выхлопной газоход 15, а второй поток газов в количестве 25-30% подают в специально выделенный в хвостовой части котла-утилизатора газоход, в котором последовательно по ходу газов устанавливлены регулирующий орган 6, камера дополнительного сжигания топлива 7 и теплообменные поверхности промежуточного пароперегревателя 8 и газового подогревателя сетевой воды 9. В камере дополнительного сжигания топлива 7 в среде газов осуществляют сжигание дополнительного топлива, при этом температура газов возрастает. Подогретые в камере дополнительного сжигания топлива газы последовательно проходят теплообменные поверхности промежуточного пароперегревателя 8 и газового подогревателя сетевой воды 9, где осуществляется охлаждение газов в процессе передачи теплоты водяному пару и сетевой воде. Охлажденные в газовом подогревателе сетевой воды 9 до температуры 80-90°С газы направляют в выхлопной газоход 15, где смешивают с первым потоком охлажденных в основной теплообменной поверхности 5 котла-утилизатора газов. Суммарный поток газов при температуре 90-110°С через дымовую трубу 16 отводят в атмосферу.
При этом изменение расхода второго потока газов, направляемого в специально выделенный в хвостовой части котла-утилизатора газоход, осуществляют регулирующим органом 6.
В основной теплообменной поверхности 5 котла-утилизатора генерируют перегретый водяной пар высоких параметров, который направляют в цилиндр высокого давления 10 паровой турбины конденсационного типа. В цилиндре высокого давления 10 паровой турбины осуществляется процесс расширения водяного пара и совершается полезная работа паросилового цикла, затрачиваемая на привод электрического генератора 12. Отработавший в цилиндре высокого давления 10 водяной пар с пониженными значениями температуры и давления направляют в промежуточный пароперегреватель 8, где осуществляют вторичный перегрев водяного пара до заданной температуры. Затем вторично перегретый водяной пар подают в цилиндр низкого давления 11 паровой турбины конденсационного типа, где осуществляется процесс расширения водяного пара и совершается полезная работа паросилового цикла, затрачиваемая на привод электрического генератора 12. Отработавший в цилиндре низкого давления 11 паровой турбины конденсационного типа водяной пар направляют в конденсатор 13, где осуществляют процесс конденсации водяного пара за счет подачи в конденсатор 13 циркуляционной воды. Образовавшийся в конденсаторе 13 конденсат питательным насосом 14 направляют в основную теплообменную поверхность 5 котла-утилизатора.
Таким образом, установка в хвостовой части котла-утилизатора специально выделенного газохода и размещение в нем последовательно по ходу газов регулирующего органа, камеры дополнительного сжигания топлива и теплообменных поверхностей промежуточного пароперегревателя и подогревателя сетевой воды позволяет повысить экономичность парогазовой установки электростанции.