Теплофикационная парогазовая установка с паротурбинным приводом компрессора
THERMAL VAPOR INSTALLATION WITH A STEAM TURBINE DRIVE OF A COMPRESSOR

Теплофикационная парогазовая установка с паротурбинным приводом компрессора относится к энергетике и может быть применена 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 вод 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.), но эта установка используется только для выработки электроэнергии.
Известна теплофикационная газотурбинная установка (патент РФ №2549743, МПК F02C 6/18, опубл. 27.04.2015), 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.
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 нагрузки теплофикационных потребителей.
Поставленная цель достигается тем, что в теплофикационной парогазовой установке, содержащей газотурбинную установку с компрессором, камерой сгорания, газовой турбиной, выхлопной газоход и электрогенератор, паровой котел-утилизатор, паровую турбину, эластичную расцепную муфту, при этом выход газовой турбины соединен выхлопным газоходом с котлом-утилизатором снабженным камерой дожигания топлива, применены основная и дополнительная противодавленческие паровые турбины, сетевые подогреватели первой и второй ступеней, деаэратор, основной паропровод перегретого пара, дополнительный паропроводы перегретого пара с регулирующим органом, выхлопной паропровод основной противодавленческой паровой турбины, выхлопной паропровод дополнительной противодавленческой паровой турбины, сетевой подогреватель первой ступени, сетевой подогреватель второй ступени, прямой трубопровод сетевой воды, обратный трубопровод сетевой воды, паропровод, конденсатопровод, трубопровод питательной воды с питательным насосом, при этом котел-утилизатор установлен с возможностью вырабатывания перегретого пара средних параметров, и в нем, по ходу движения газов, размещены пароперегреватель, испаритель второй ступени, камера дожигания топлива, испаритель первой ступени, экономайзер, газоводяной подогреватель сетевой воды, причем котел-утилизатор связан с основной противодавленческой паровой турбиной паропроводом перегретого пара, а с дополнительной противодавленческой паровой турбиной дополнительным паропроводом перегретого пара, а также дополнительным паропроводом перегретого пара с регулирующим органом, также сетевой подогреватель второй ступени связан конденсатопроводом через сетевой подогреватель первой ступени с входом деаэратора, который также соединен паропроводом с выхлопным паропроводом основной противодавленческой паровой турбины, выход деаэратора связан трубопроводом питательной воды с питательным насосом с экономайзером котла-утилизатора, а трубопровод обратной сетевой воды связан с трубопроводом прямой сетевой воды через сетевой подогреватель первой ступени, газоводяной подогреватель и сетевой подогреватель второй ступени.
Техническое решение представлено чертежом, на котором приведена тепловая схема предлагаемой теплофикационной парогазовой установки с паротурбинным приводом компрессора. Она содержит: основную противодавленческую паровую турбину 1, компрессор 2, дополнительную противодавленческую паровую турбину 3, камеру сгорания 4, газовую турбину 5, эластичную расцепную муфту 6, электрогенератор 7, паропровод перегретого пара 8, первый выхлопной паропровод 9, второй выхлопной паропровод 10, дополнительный паропровод перегретого пара 11, запорным органом 12, котел-утилизатор 13, сетевой подогреватель первой ступени 14, сетевой подогреватель второй ступени 15, пароперегреватель 16, испаритель второй ступени 17, камера дожигания топлива 18, испарителем первой ступени 19, экономайзер 20, конденсатопровод 21, паропровод 22, деаэратор 23, трубопровод питательной воды 24 с питательным насосом, газоводяной подогреватель 25, прямой трубопровод 26 сетевой воды теплосети, обратный трубопровод 27 сетевой воды теплосети.
Теплофикационная парогазовая установка парогазовой установки с паротурбинным приводом компрессора 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 7. Продукты сгорания, расширенные в газовой турбине 5, 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 в котле-утилизаторе 13 перегретого пара средних параметров и для подогрева сетевой воды в газоводяном подогревателе 25. Пар из пароперегревателя 16 подают по паропроводу перегретого пара 8 на вход основной противодавленческой паровой турбины 1, полезную работу которой используют для привода компрессора 2. Пар расширенный в ней подают по первому выхлопному паропроводу 9 в сетевой подогреватель первой ступени 14 и нагревают в нем сетевую воду теплосети, ее нагрев производят также в газоводяном подогревателе 25, сетевую воду в них подают по обратному трубопроводу 27 сетевой воды теплосети и отводят по прямому трубопроводу 26 сетевой воды теплосети. Конденсат пара из сетевого подогревателя 14 по конденсатопроводу 21 подают в первый вход деаэратора 23, в его второй вход подают по паропроводу 22 греющий пар из первого выхлопного паропровода 9. Деаэрированную воду направляют по трубопроводу питательной воды 24 с питательным насосом на вход экономайзера 20.
При работе теплофикационной парогазовой установки парогазовой установки с паротурбинным приводом компрессора в отопительных режимах, в камере дожигания топлива 18 сжигают дополнительное топливо и увеличивают паропроизводительность котла-утилизатора 13. Полученный дополнительный расход перегретого пара подают через паропровод перегретого пара 8 и дополнительный паропровод перегретого пара 11 с запорным органом 12 на вход в дополнительную противодавленческую паровую турбину 3. При этом включают эластичную расцепную муфту 6, соединяют вал этой дополнительной паровой турбины 3 с валом газовой турбины 5 и полезную работу дополнительной турбины 3 используют для увеличения выработки электроэнергии в электрогенераторе 7. Пар, расширенный в дополнительной противодавленческой паровой турбине 3 подают по второму выхлопному паропроводу 10 в сетевой подогреватель второй ступени 15, где его теплотой дополнительно подогревают сетевую воду теплосети. 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 и дополнительную паровую турбину. Закрывают запорный орган 12 и перекрывают дополнительный паропровод перегретого пара 11. При этом в сетевой подогреватель второй ступени 15 прекращают подачу пара;
- в отопительных режимах работы, за счет сжигания дополнительного топлива в камере дожигания топлива 18 увеличивают паропроизводительность котла-утилизатора 13 и подают перегретый пар в дополнительную паровую турбину 3 и расширенный в ней пар увеличения в сетевой подогреватель второй ступени 15. Полезную работу этой турбины используют 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.