Бинарная парогазовая установка

Полезная модель относится к области теплоэнергетики, а именно к парогазовым установкам? и может быть применена для привода электрогенераторов на тепловых электрических станциях.
Известны парогазовые установки с раздельными рабочими телами на базе бинарного цикла (см. Вукалович М.П., Новиков И.И. Техническая термодинамика. - М.: Энергия, 1968, с. 464). Такие парогазовые установки содержат в своем составе газотурбинную установку, состоящую из воздушного компрессора, газовой турбины и генератора, размещенных на одном валу, и паротурбинной установки, состоящей из паровой турбины двух или трех давлений с конденсатором, не оснащенной системой регенеративного подогрева конденсата и питательной воды паром от отборов турбины и генератора, размещенных на одном валу. Общим элементом газотурбинной и паротурбинной установок является парогенератор двух или трех давлений, который производит пар для паротурбинной установки, используя тепло продуктов сгорания, образующихся при сжигании топлива в среде сжатого воздуха, поданного из компрессора в камеру сгорания газовой турбины. После камеры сгорания продукты сгорания, находящиеся под давлением и имеющие высокую температуру, направляются в газовую турбину для выработки электрической мощности.
Недостатком таких бинарных парогазовых установок является отсутствие системы регенерации у паротурбинной установки, что приводит к снижению коэффициента полезного действия паровой турбины и, следовательно, парогазовой установки в целом.
Известна бинарная парогазовая установка, содержащая газотурбинную установку с установленным на ее газоходе котлом-утилизатором двух или более давлений, деаэратор, паротурбинную установку высокого давления с паровой турбиной одного давления, отличающаяся тем, что парогазовая установка дополнительно содержит паротурбинную установку низкого давления с паровой турбиной одного или более давлений, установленную с возможностью подогрева конденсата контура низкого давления, при этом каждая паровая турбина оборудована, по крайней мере, одним конденсатором для приема отработанного пара. [Патент RU №126373 от 27.03.2013 г.].
Недостатком известной парогазовой установки является размещение пароперегревательной поверхности котла-утилизатора в газоходе за газовой турбиной. Данное техническое решение приводится из-за малых значений температурного напора и коэффициента теплопередачи к большим размерам поверхности нагрева пароперегревателя, что увеличивает аэродинамические потери в газовом тракте газотурбинной установки и снижает термодинамическую эффективность установки.
Задачей полезной модели является повышение термодинамической эффективности производства электроэнергии в парогазовой установке.
Технический результат заключается в значительном уменьшении поверхности нагрева напорного пароперегревателя при сохранении мощности парогазовой установки и появлении возможности регулирования мощности силовой газовой турбины, котла-утилизатора и всей установки.
Технический результат достигается тем, что бинарная парогазовая установка содержит компрессоры низкого и высокого давлений, связанные между собой через воздухоохладитель, при этом компрессор высокого давления последовательно связан через камеру сгорания высокого давления с газовой турбиной высокого давления, газовая турбина высокого давления, в свою очередь, связана с газовой турбиной низкого давления, газовая турбина низкого давления связана с котлом-утилизатором, котел-утилизатор связан с экономайзером по линии продуктов сгорания, а по линии питательной воды и пара - с экономайзером, экономайзер по линии питательной воды связан с питательным электронасосом и котлом-утилизатором, питательный электронасос связан с деаэратором, паровая турбина связана с деаэратором и подогревателем низкого давления через отборы и конденсатором, конденсатор связан с конденсатным электронасосом, конденсатный электронасос связан с подогревателем низкого давления, подогреватель низкого давления связан с деаэратором по линиям основного и вторичного конденсата, между газовыми турбинами высокого и низкого давлений дополнительно установлен напорный пароперегреватель, связанный по холодной стороне с котлом-утилизатором и паровой турбиной, а между компрессором низкого давления и газовой турбиной низкого давления - камера сгорания низкого давления.
В полезной модели применяется перегрев пара в напорном пароперегревателе, расположенном после газовой турбины низкого давления и дополнительный подвод теплоты в камере сгорания низкого давления. Полезный эффект заключается в значительном уменьшении поверхности нагрева пароперегревателя благодаря увеличению температурного напора и коэффициента теплопередачи между потоками газа и пара. Использование камеры сгорания низкого давления за счет дополнительного подвода теплоты и увеличения массового расхода теплоносителя позволяет иметь возможность регулирования мощности силовой газовой турбины, котла-утилизатора и всей парогазовой установки. Это повышает эффективность и экономичность работы установки.
На фигуре изображена парогазовая установка, состоящая из 1 - воздушного компрессора низкого давления; 2 - воздухоохладителя; 3 - воздушного компрессора высокого давления; 4 - камеры сгорания высокого давления; 5 - газовой турбины высокого давления; 6 - напорного пароперегревателя; 7 - камеры сгорания низкого давления; 8 - газовой турбины низкого давления; 9 - электрогенератора №1; 10 - котла-утилизатора; 11 - экономайзера; 12 - питательного электронасоса, 13 - деаэратора; 14 - подогревателя низкого давления; 15 - конденсатного электронасоса; 16 - конденсатора; 17 - паровой турбины; 18 - электрогенератора №2.
Бинарная парогазовая установка работает следующим образом. Воздух, сжатый в воздушном компрессоре низкого давления 1, разделяется на два потока. Первый из них подается в воздухоохладитель 2, в котором происходит его охлаждение. Охлажденный воздух из воздухоохладителя 2 поступает в воздушный компрессор высокого давления 3, где повышается его давление. Воздух, сжатый в воздушном компрессоре высокого давления 3, подается в камеру сгорания высокого давления 4, в которой сжигается газообразное топливо. Из камеры сгорания высокого давления 4 продукты сгорания попадают в газовую турбину высокого давления 5, являющуюся приводом для воздушных компрессоров низкого и высокого давлений 1 и 3. После газовой турбины высокого давления 5 продукты сгорания направляются в напорный пароперегреватель 6, где отдают часть своего тепла водяному пару из котла-утилизатора 10. Из напорного пароперегревателя 6 продукты сгорания подаются в газовую турбину низкого давления 8, являющуюся приводом для электрогенератора №1 9, предварительно смешавшись со вторым потоком из камеры сгорания низкого давления 7. Второй поток сжатого воздуха после компрессора низкого давления 1 направляется в камеру сгорания низкого давления 7, в которой сжигается газообразное топливо. Из камеры сгорания низкого давления 7 продукты сгорания, смешиваясь с первым потоком из газовой турбины высокого давления 5, попадают в газовую турбину низкого давления 8. Выхлопные газы, поступающие из газовой турбины низкого давления 8, проходят котел-утилизатор 10, где отдают тепло его котловой воде. Из котла-утилизатора 10 продукты сгорания переходят в экономайзер 11, в котором подогревают питательную воду. После этого выхлопные газы направляются в атмосферу. Питательная вода из деаэратора 13 питательным насосом 12 подается в экономайзер 11, где подогревается за счет теплоты уходящих газов до температуры, близкой к температуре кипения. Из экономайзера 11 питательная вода поступает в барабан котла-утилизатора 10 и смешивается с котловой водой. Котловая вода кипит за счет теплоты, получаемой от уходящих газов, и на выходе из котла-утилизатора получается сухой насыщенный пар. Он направляется в напорный пароперегреватель 6, где перегревается, получая теплоту от продуктов сгорания. Перегретый пар из напорного пароперегревателя 6 поступает в паровую турбину 17, которая является приводом для электрогенератора №2 18. Паровая турбина 17 также имеет два регенеративных отбора. Из первого пар идет в деаэратор 13 для обеспечения его работы, из второго - в подогреватель низкого давления 14, где подогревает поток основного конденсата и конденсируется пар из отбора. Вторичный конденсат из подогревателя низкого давления 14 также направляется в деаэратор 13. Основной поток пара, пройдя паровую турбину 17, поступает в конденсатор 16, где конденсируется. Основной поток конденсата из конденсатора 16 конденсатным электронасосом 15 подается в подогреватель низкого давления 14, где подогревается паром из второго отбора паровой турбины 17. Из подогревателя низкого давления 14 основной поток пара поступает в деаэратор 13, где происходит его очистка от кислорода и других неконденсируемых газов.
Таким образом, полезная модель позволит повысить термодинамическую эффективность производства электроэнергии в бинарной парогазовой установке за счет значительного уменьшения поверхности нагрева напорного пароперегревателя при сохранении мощности бинарной парогазовой установки и появлении возможности регулирования мощности силовой газовой турбины, котла-утилизатора и всей установки.