ПАРОГАЗОВАЯ УСТАНОВКА
STEAM AND GAS PLANT

Изобретение относится к области теплоэнергетики, а именно к паросиловым установкам, и предназначено для использования на тепловых электростанциях.
Известна парогазовая установка с двумя циклами на разных рабочих веществах в паротурбинной части (воде и водяном паре в первом цикле и бутане - во втором) (Гринман М.И., Фомин В.А. Мини-ТЭЦ на базе установок с низкокипящими рабочими телами. /Журнал «Новости теплоснабжения». 2010, №7), содержащая газотурбинную установку, связанную газоходом с котлом-утилизатором, в который встроены связанные между собой поверхности нагрева экономайзера, испарителя и пароперегревателя, а также газового подогревателя конденсата первого рабочего вещества и газового подогревателя сетевой воды, паровую турбину высокого и паровую турбину низкого давления, валопроводами связанные с электрическими генераторами. Паровая турбина высокого давления связана паропроводами с пароперегревателем котла-утилизатора, деаэратором и конденсатором-испарителем. Деаэратор водопроводом связан с первым насосом, который связан с экономайзером котла-утилизатора. Газовый подогреватель конденсата первого рабочего вещества одним водопроводом связан с деаэратором, а другим - со вторым насосом, который водопроводом через подогреватель второго рабочего вещества связан с конденсатором-испарителем. Конденсатор-испаритель паропроводами связан с паровой турбиной низкого давления и с инжектором, который одним трубопроводом связан через подогреватель второго рабочего вещества с конденсатором-испарителем, а другим - с третьим насосом. Паровая турбина низкого давления связана паропроводом с конденсатором, который связан с третьим насосом.
Недостатком этой парогазовой установки является то, что на паровую турбину низкого давления из конденсатора-испарителя идет насыщенный пар с низкой температурой (120 - 150 ºС). Это не позволяет получить высокий КПД второго цикла, так как из термодинамики известно, что термический КПД цикла Ренкина сильно зависит от температуры пара перед турбиной (увеличение температуры на 100 ºС увеличивает КПД цикла примерно на 2-2,5%), а кроме того, при расширении в турбине насыщенный пар превращается во влажный, при этом появляются дополнительно потери от влажности (увеличение степени влажности на 1% снижает КПД турбины примерно на 1%). Также недостатком является то, что конденсат, поступающий в газовый подогреватель конденсата первого рабочего вещества, находящийся в котле-утилизаторе, из подогревателя второго рабочего вещества имеет высокую температуру, составляющую 100 - 130 ºС, в результате выходящие из подогревателя конденсата первого рабочего вещества газы будут иметь температуру 120 - 150 ºС, и котел-утилизатор при производстве электроэнергии будет иметь пониженный КПД (увеличение температуры уходящих из котла-утилизатора газов на 10 ºС снижает его КПД примерно на 2%), что снижает КПД парогазовой установки при производстве электроэнергии. В данной установке для снижения температуры уходящих из котла-утилизатора газов в него встроен газовый подогреватель сетевой воды, но он не участвует в производстве электроэнергии и поэтому не повышает КПД ее производства. К недостаткам следует отнести также повышенную сложность схемы парогазовой установки, наличие таких ненадежных элементов в схеме, как инжектор.
Известна парогазовая установка с двумя циклами на разных рабочих веществах в паротурбинной части (бензоле в первом цикле и бутане - во втором) (А.М. Гафуров, Д.А. Усков, А.С. Шубина, «Энергетическая установка на базе ГТУ НК-37 с двумя теплоутилизирующими рабочими контурами» Журнал «Энергетика Татарстана», 2012, №3, с. 35-41), содержащая газотурбинную установку, связанную газоходом с котлом-утилизатором, в который встроены связанные между собой поверхности нагрева экономайзера, испарителя и пароперегревателя, паровую турбину высокого и паровую турбину низкого давления, валопроводами связанные с электрическими генераторами. Паровая турбина высокого давления паропроводами связана входом с пароперегревателем котла-утилизатора и выходом через первый рекуператор - с конденсатором-испарителем, который водопроводом через первый насос связан с экономайзером котла-утилизатора. Турбина низкого давления через первый рекуператор одним паропроводом связана с конденсатором-испарителем и другим - через второй рекуператор с конденсатором, который трубопроводом через второй насос и второй рекуператор связан с конденсатором-испарителем. Эта установка принята в качестве прототипа.
Недостатком этой установки является то, что на турбину низкого давления из первого рекуператора идет слабо перегретый пар второго рабочего вещества, температура которого по условиям теплообмена будет на 10 - 20 ºС ниже температуры выходящего из турбины высокого давления пара первого рабочего вещества (120 - 170 ºС). Это не позволяет получить высокий КПД второго цикла, а в результате и парогазовой установки. Также недостатком является то, что поступающее в экономайзер котла-утилизатора из конденсатора-испарителя первое рабочее вещество имеет высокую температуру (100 - 150 ºС), в результате отводимые из котла-утилизатора газы будут иметь высокую температуру (120 - 170 ºС), и котел-утилизатор будет иметь пониженный КПД, что снижает КПД парогазовой установки по выработке электроэнергии.
Задачей изобретения является увеличение КПД производства электроэнергии за счет увеличения температуры пара второго рабочего вещества на входе в турбину низкого давления и снижения температуры уходящих из котла-утилизатора газов.
Поставленная задача решена за счет того, что парогазовая установка, также как в прототипе, содержит газотурбинную установку, связанную газоходом с котлом-утилизатором, в который встроены связанные между собой поверхности нагрева экономайзера, испарителя и пароперегревателя, который паропроводом связан с паровой турбиной высокого давления, причем конденсатор-испаритель водопроводом через первый насос связан с экономайзером котла-утилизатора, который снабжен газоходом для отвода газов в дымовую трубу, а паровая турбина низкого давления паропроводом через рекуператор связана с конденсатором, который через второй насос водопроводом связан с рекуператором.
Согласно изобретению паровая турбина высокого давления валопроводом связана с паровой турбиной низкого давления, которая связана с электрическим генератором, причем паровая турбина высокого давления паропроводом связана с конденсатором-испарителем, который водопроводом связан с первым насосом. Встроенный в котел-утилизатор второй пароперегреватель паропроводами связан с паровой турбиной низкого давления и конденсатором-испарителем, который водопроводом связан с встроенным в котел-утилизатор вторым экономайзером, который водопроводом связан с рекуператором.
В предложенной парогазовой установке за счет подогрева второго рабочего вещества во втором пароперегревателе температуру пара на входе в паровую турбину низкого давления по сравнению с прототипом можно повысить на 100 - 200°С и, таким образом, КПД цикла низкого давления можно повысить на 2-5%. А за счет подвода во второй экономайзер из конденсатора через рекуператор второго рабочего вещества с температурой 50 - 60°С температуру уходящих из котла утилизатора газов можно снизить по сравнению с прототипом на 20 - 50°С, и при этом повысить КПД котла-утилизатора на 4-8%. В итоге КПД парогазовой установки можно повысить на 1-2,5%.
Кроме того, по сравнению с прототипом за счет установки одного электрического генератора вместо двух уменьшаются капитальные вложения при создании парогазовой установки.
На чертеже представлена схема заявляемой парогазовой установки.
Парогазовая установка (чертеж) содержит газотурбинную установку 1 (ГТУ), связанную газоходом с котлом-утилизатором 2, в который встроены связанные между собой поверхности нагрева первого экономайзера 3, испарителя 4 и первого пароперегревателя 5. Первый пароперегреватель 5 паропроводом связан с паровой турбиной высокого давления 6, которая валопроводом связана с паровой турбиной низкого давления 7. Паровая турбина высокого давления 6 паропроводом связана с конденсатором-испарителем 8, который водопроводом связан с первым насосом 9. Первый насос 9 водопроводом связан с первым экономайзером 3. Встроенный в котел-утилизатор 2 второй пароперегреватель 10 паропроводами связан с паровой турбиной низкого давления 7 и конденсатором-испарителем 8, который трубопроводом связан с встроенным в котел-утилизатор 2 вторым экономайзером 11. Паровая турбина низкого давления 7 валопроводом связана с электрическим генератором 12 и паропроводом связана с рекуператором 13, который паропроводом связан с конденсатором 14. Конденсатор 14 водопроводом связан с насосом 15, который водопроводом связан с рекуператором 13. Рекуператор 13 водопроводом связан со вторым экономайзером 11. Котел-утилизатор 2 снабжен газоходом 16 для отвода газов в дымовую трубу.
Парогазовая установка работает следующим образом. Газы, образующиеся в результате работы газотурбинной установки 1 (ГТУ), с температурой, например, 570 - 630 ºС поступают в котел-утилизатор 2, где в экономайзере 3 нагревают первое рабочее вещество (например, воду) до кипения, в испарителе 4 превращают его в насыщенный пар и в пароперегревателе 5 перегревают пар до температуры на 20 - 30 ºС ниже температуры газов, поступающих в котел-утилизатор. Перегретый пар поступает в паровую турбину высокого давления 6, где вырабатывает механическую мощность, и при давлении выше атмосферного уходит в конденсатор-испаритель 8, в котором конденсируется и образовавшийся конденсат насосом 9 сжимается до около или сверхкритического давления и подается в экономайзер 3. Так цикл на первом рабочем веществе замыкается.
В конденсаторе-испарителе 8 за счет тепла конденсирующегося пара первого рабочего вещества нагревается и испаряется второе рабочее вещество (например, хладон), которое перегревается в пароперегревателе 10 и поступает в паровую турбину низкого давления 7, где вырабатывает механическую мощность, и при давлении выше атмосферного через рекуператор 13 уходит в конденсатор 14, в котором конденсируется. Образовавшийся конденсат насосом 15 сжимается до около или сверхкритического давления и через рекуператор 13 и экономайзер 11 подается в конденсатор-испаритель 8. Так замыкается цикл на втором рабочем веществе. Паровые турбины высокого 6 и низкого 7 давления через общий валопровод передают механическую мощность электрическому генератору 12, который вырабатывает электрический ток.