RU2115000C1

RU2115000C1 - Combination boiler house

Info

Publication number: RU2115000C1
Application number: RU95120542A
Authority: RU
Inventors: Леонид Меерович Драбкин; Дмитрий Леонидович Драбкин
Original assignee: Леонид Меерович Драбкин; Дмитрий Леонидович Драбкин
Priority date: 1995-12-05
Filing date: 1995-12-05
Publication date: 1998-07-10

Abstract

FIELD: simultaneous generation of heat, cold and electric power. SUBSTANCE: boiler plant includes gas-turbine unit, steam turbine, low-pressure steam generator and hot-water boiler. Provision is made for bypass of part of steam from steam generator and after steam turbine to combustion chamber at operation of gas turbine on steam-and-gas mixture. Specific feature of this system consists in availability of gas-and-water surface-type cooler-condenser which makes it possible to separate steam from combustion products of coolers during operation of steam-and-gas mixture; cooler-condenser is connected before evaporator of refrigerating plant. EFFECT: enhanced efficiency; increased cooling coefficient of refrigerating plant used for production of cold. 2 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к котельным, предназначенным для одновременной выработки тепла, холода и электроэнергии. The invention relates to boiler rooms designed for the simultaneous generation of heat, cold and electricity.

Котельные подобного рода неизвестны. Boilers of this kind are unknown.

Однако аналогом такой котельной является промышленная ТЭЦ с парогазовым преобразователем и низконапорным парогенератором, содержащая помимо указанных паровой и газовой турбин, компрессора и камеры сгорания также низконапорный (утилизационный) парогенератор, работающий на уходящих газах газовой турбины, и теплофикационный подогреватель, работающий на паре из последней ступени турбины с противодавлением, а также вторую паровую конденсационную паровую турбину, работающую на паре из котла в периоды, когда падает теплофикационная нагрузка и возникает избыток пара в ступени с противодавлением. However, an analogue of such a boiler room is an industrial thermal power plant with a steam-gas converter and a low-pressure steam generator, which, in addition to the steam and gas turbines, a compressor and a combustion chamber, also contains a low-pressure (recovery) steam generator operating on the exhaust gases of a gas turbine and a heating heater working on steam from the last stage backpressure turbines, as well as a second steam condensing steam turbine operating on steam from the boiler during periods when the heating load falls ka, and there is excess steam in stage backpressure.

Несмотря на несомненные экономические преимущества этой установки по сравнению с паротурбинной ТЭЦ ей присущи и известные недостатки:
необходимость в установке дополнительного дорогостоящего оборудования - конденсационной паровой турбины, конденсатора, циркуляционных насосов и в большинстве случаев - градирни (см. аналог (Сазанов Б.В. и др. Промышленные тепловые электростанции. Под общей ред. Е.Н. Соколова, М.: Энергия, 1967, рис. 10-7).Despite the undoubted economic advantages of this installation compared to the steam turbine CHP, it also has certain disadvantages:
the need to install additional expensive equipment - a condensing steam turbine, condenser, circulation pumps and, in most cases, cooling towers (see analogue (B. Sazanov and other Industrial thermal power plants. Under the general editorship of E.N. Sokolov, M. : Energy, 1967, Fig. 10-7).

Отмеченные недостатки аналога полностью устранены в другой парогазовой установке для ТЭЦ, где избыток пара из котла при недогрузке паровой турбины подается непосредственно в камеру сгорания газовой турбины, которая при этом работает на парогазовой смеси, что не только избавляет от необходимости устанавливать дополнительную турбину, но и повышает мощность газовой турбины (см. там же с. 178, рис. 10-5). The noted disadvantages of the analogue are completely eliminated in another combined cycle plant for a thermal power plant, where excess steam from the boiler when the steam turbine is underloaded is fed directly to the combustion chamber of the gas turbine, which at the same time works on the gas-vapor mixture, which not only eliminates the need to install an additional turbine, but also increases power of a gas turbine (see ibid. p. 178, Fig. 10-5).

К сожалению, и этой схеме присущи свои недостатки, главные из которых следующие:
поскольку парогазовая смесь после газовой турбины подается в топку парогенератора, а затем выбрасывается в атмосферу, требуется большая водоподготовка для восполнения потерь рабочего тела, при контакте уходящих газов с парами образуются разбавленные кислоты, которые через дымовую трубу выбрасываются наружу, вызывая кислотные дожди и другие нежелательные последствия.Unfortunately, this scheme also has its drawbacks, the main of which are as follows:
since the gas-vapor mixture after the gas turbine is fed into the furnace of the steam generator and then released into the atmosphere, a large water treatment is required to make up the losses of the working fluid, diluted acids are formed when flue gases come into contact with the vapors, which are thrown out through the chimney, causing acid rains and other undesirable consequences .

Цель изобретения состоит в повышении экономичности сжигания топлива в котельных без оказания вредного влияния на окружающую среду. The purpose of the invention is to increase the efficiency of burning fuel in boiler rooms without exerting a harmful effect on the environment.

Указанная цель достигается с помощью комбинированной котельной, в состав оборудования которой входят газовая турбина с камерой сгорания, компрессором и электрогенератором, паровая турбина противодавления со своим электрогенератором, низконапорный парогенератор и водогрейный котел, работающий на уходящих газах газовой турбины, а при недогрузке паровой турбины по теплу - на парогазовой смеси, образующейся в камере сгорания при смешении продуктов сгорания топлива и пара, подаваемого в камеру непосредственно из парогенератора и (или) отбора противодавления паровой турбины, теплофикационного подогревателя, использующего для подогрева сетевой воды пар из отбора противодавления паровой турбины, сетевой насос, деаэратор питательной воды с питательным насосом, дымосос и трубу, две регулирующие задвижки на паропроводах от котла к камере сгорания и от отбора противодавления к камере сгорания, а также дополнительно установленных контактного охладителя-конденсатора, испарителя, компрессора паров хладагента с его двигателем, конденсатора паров хладагента и дросселя паров хладагента, причем контактный охладитель-конденсатор установлен за котлом, а его выход по газовой стороне связан с входом испарителя, к выходу которого подключен дымосос, вход по стороне паров хладагента связан с выходом дросселя, а выход по стороне хладагента через компрессор - с входом конденсатора, чей выход, в свою очередь, подключен к дросселю, а вход контактного охладителя-конденсатора подключен к источнику исходной воды, подаваемой насосом исходной воды через теплообменник расширителя непрерывной продувки (насос и теплообменник на схеме не показаны), выход же контактного охладителя-конденсатора подключен к деаэратору. This goal is achieved using a combined boiler house, the equipment of which includes a gas turbine with a combustion chamber, a compressor and an electric generator, a backpressure steam turbine with its own electric generator, a low-pressure steam generator and a hot water boiler that runs on the exhaust gases of a gas turbine, and when the steam turbine is underloaded with heat - on the vapor-gas mixture formed in the combustion chamber when mixing the combustion products of fuel and steam supplied to the chamber directly from the steam generator and (or) counterpressure of a steam turbine, a heating heater using steam from a steam turbine backpressure selection for heating network water, a network pump, a feed water deaerator with a feed pump, a smoke exhauster and a pipe, two control valves on the steam lines from the boiler to the combustion chamber and from the selection of backpressure to the chamber combustion, as well as additionally installed contact cooler-condenser, evaporator, compressor of refrigerant vapor with its engine, refrigerant vapor condenser and choke vapor choke dagent; moreover, a contact cooler-condenser is installed behind the boiler, and its gas-side outlet is connected to the inlet of the evaporator, to the outlet of which a smoke exhauster is connected, the inlet on the refrigerant vapor side is connected to the choke outlet, and the outlet on the refrigerant side through the compressor is connected to the condenser inlet, whose output, in turn, is connected to the choke, and the contact cooler-condenser input is connected to the source of the source water supplied by the source water pump through the continuous blower expander heat exchanger (pump and heat exchanger with Birmingham not shown), the output contact cooler-condenser is connected to the deaerator.

На чертеже показана принципиальная схема установки. The drawing shows a schematic diagram of the installation.

Установка включает воздушный компрессор 1, камеру сгорания 2, газовую турбину 3 и электрогенератор 4, образующие в совокупности газотурбинную установку, парогенератор 5, паровую турбину 6 с электрогенератором 7, теплофикационный пароводяной подогреватель 8 с насосом сетевой воды 9, служащий для нагрева воды для систем отопления, вентиляции и горячего водоснабжения, деаэратора питательной воды 10 с питательным насосом 11, предложенных (новых) элементов установки: контактного охладителя-конденсатора 12, служащего для конденсации паров воды, содержащейся в парогазовой смеси, испарителя холодильной установки 13, дымососа 14 и дымовой трубы 15 (п.п. 14, 15 - известные элементы), компрессора паров хладагента 16 с его двигателем 17, конденсатор паров хладагента 18 с дросселем 19, а также две регулирующие задвижки 20 и 21, имеющие принципиальное значение для работы установки, и водогрейный котел 22. The installation includes an air compressor 1, a combustion chamber 2, a gas turbine 3 and an electric generator 4, which together form a gas turbine installation, a steam generator 5, a steam turbine 6 with an electric generator 7, a heating steam and water heater 8 with a network water pump 9, used to heat water for heating systems , ventilation and hot water supply, feed water deaerator 10 with feed pump 11, proposed (new) installation elements: contact cooler-condenser 12, used to condense water vapor, soda burnt in the vapor-gas mixture, the evaporator of the refrigeration unit 13, the smoke exhauster 14 and the chimney 15 (paragraphs 14, 15 are known elements), the refrigerant vapor compressor 16 with its engine 17, the refrigerant vapor condenser 18 with the throttle 19, as well as two control valves 20 and 21, which are of fundamental importance for the operation of the installation, and a boiler 22.

Приведенная на чертеже установка работает следующим образом. The installation shown in the drawing works as follows.

Воздух, сжимаемый компрессором 1, подается в камеру сгорания при 750 - 800^oC, поступает в газовую турбину 3, которая приводит в действие компрессор 1, а избыточную мощность отдает электрогенератору 4. Продукты сгорания газовой турбины 3 сбрасываются в парогенератор 5 и водогрейный котел 22, где в их среде сжигается дополнительное топливо, а генерируемый пар поступает на паровую турбину 6 и непосредственно технологическим потребителям, паровая же турбина приводит в действие электрогенератор 7, а отработавший пар поступает в теплофикационный подогреватель 3, где подогревает сетевую воду, подаваемую сетевым насосом 9, а конденсат пара сливается в деаэратор питательной воды 10, из которого питательным насосом 11 подается в паровой котел 5, кроме того, в деаэратор 10 поступает исходная вода, прошедшая контактный охладитель-конденсатор 12, где она нагревается уходящими газами котла, и водоподготовку (на чертеже не показана), а уходящие газы поступают далее в испаритель холодильной установки 13, где дополнительно охлаждаются, отдавая тепло на испарение хладагента, например аммиака, являющегося рабочим телом холодильной установки. Пары хладагента сжимаются компрессором 16 с приводом от двигателя 17 и направляются в конденсатор 18, где отнимают тепло от холодильной камеры и поступают в дроссель 19, где их давление снижается, в результате чего происходит их частичное испарение.The air compressed by the compressor 1, is supplied to the combustion chamber at 750 - 800 ^o C, enters the gas turbine 3, which drives the compressor 1, and gives the excess power to the electric generator 4. The combustion products of the gas turbine 3 are discharged into the steam generator 5 and the boiler 22 , where additional fuel is burned in their environment, and the generated steam goes to the steam turbine 6 and directly to technological consumers, the steam turbine drives the electric generator 7, and the exhaust steam goes to the heating plant device 3, where it heats the network water supplied by the network pump 9, and the steam condensate is discharged into the feed water deaerator 10, from which it is fed to the steam boiler 5 by the feed pump 11, in addition, the source water passed through the contact cooler-condenser 12 enters the deaerator 10 where it is heated by the boiler exhaust gases, and water treatment (not shown in the drawing), and the exhaust gases then go to the evaporator of the refrigeration unit 13, where they are additionally cooled, giving off heat to evaporate a refrigerant, such as ammonia, which is the working fluid of the refrigeration unit. Refrigerant vapors are compressed by a compressor 16 driven by an engine 17 and sent to a condenser 18, where heat is taken from the refrigeration chamber and transferred to a throttle 19, where their pressure decreases, resulting in their partial evaporation.

Описанный режим работы относится к случаю полной теплофикационной нагрузки (расчетный режим). В летнее время, когда системы отопления и вентиляции отключены и теплофикационный подогреватель 8 работает только на горячее водоснабжение, "лишний пар" из отбора противодавления паровой турбины 6 через паровую задвижку 20 направляется в камеру сгорания 2, где подмешивается к продуктам сгорания топлива, увеличивая расход рабочего тела через газовую турбину, компенсируя тем самым потерю мощности паровой турбины, в случае, когда указанного перепуска пара недостаточно, открывают задвижку 21, перепуская пар в камеру сгорания газовой турбины 2 непосредственно из парового котла 5 при закрытой задвижке 20. The described operation mode refers to the case of a complete heating load (design mode). In the summer, when the heating and ventilation systems are turned off and the heating heater 8 works only for hot water supply, the "excess steam" from the back pressure selection of the steam turbine 6 is sent through the steam valve 20 to the combustion chamber 2, where it is mixed with the combustion products, increasing the consumption of the worker bodies through a gas turbine, thereby compensating for the loss of power of the steam turbine, in the case when the specified bypass steam is not enough, open the valve 21, passing the steam into the combustion chamber of the gas turbine 2 n directly from the boiler 5 with the shutter 20 closed.

Водогрейный котел 22 используется для покрытия теплофикационной нагрузки котельной в соответствии с принятым коэффициентом теплофикации, при этом предусматривается частичное сжигание топлива как в водогрейном 22, так и в паровом 5 котлах. The boiler 22 is used to cover the heating load of the boiler house in accordance with the adopted coefficient of heating, with partial combustion of fuel provided in both the boiler 22 and steam 5 boilers.

Таким образом, предложенная комбинированная котельная позволяет, наряду с традиционным производством горячей воды и пара, производить электроэнергию и холод и хотя удельный расход топлива при этом, на первый взгляд, выше, чем на ТЭЦ (в силу более низких параметров пара в котельной, чем на ТЭЦ), такое комбинированное производство различных видов энергии в котельной весьма выгодно не только с точки зрения потребителя, но и государства, поскольку нетрудно показать, что дополнительная электроэнергия и холод производятся в котельной без затрат дополнительного топлива, а только за счет более рациональной организации технологического процесса: исключения редуцирования пара из котла на теплофикационные нужды и полной надстройки цикла. Thus, the proposed combined boiler room allows, along with the traditional production of hot water and steam, to produce electricity and cold, and although the specific fuel consumption is, at first glance, higher than at the TPP (due to lower steam parameters in the boiler room than at CHP), such combined production of various types of energy in a boiler room is very beneficial not only from the point of view of the consumer, but also of the state, since it is easy to show that additional electricity and cold are produced in the boiler room without cost additional fuel, but only at the expense of a more rational organization of the process: elimination of reduction of steam from boiler-heating needs and a complete cycle of the superstructure.

В силу этого, несмотря на отмеченный более низкий термический КПД, чем на ТЭЦ, данная схема остается эффективной на все время, пока будут строиться паровые и водогрейные котельные, т.е. всегда. Due to this, despite the noted lower thermal efficiency than at thermal power plants, this scheme remains effective for as long as steam and hot-water boiler plants are built, i.e. is always.

Рассмотрим паровой котел типа ДЕ-20-14 ГМ, вырабатывающий пар с давлением 1,4 МПа абсолютных в количестве 20 т/ч, этот пар редуцируется до давления 0,14 МПа и нагревает воду в сетевом подогревателе, сообщая ей 7,2 Гкал/ч тепла. Установив за этим котлом паровую турбину с противодавлением 0,14 МПа (энтальпия пара 2530 кДж/кг), имеем дополнительные 20•1000•2940 - 2530=2270 кВт электроэнергии. Consider a steam boiler of the DE-20-14 GM type, producing steam with a pressure of 1.4 MPa absolute in an amount of 20 t / h, this steam is reduced to a pressure of 0.14 MPa and heats the water in a network heater, informing it of 7.2 Gcal / hr of heat. Having installed behind this boiler a steam turbine with a back pressure of 0.14 MPa (steam enthalpy of 2530 kJ / kg), we have an additional 20 • 1000 • 2940 - 2530 = 2270 kW of electricity.

Claims

Combined boiler room containing a gas turbine with a combustion chamber, a compressor and an electric generator, a backpressure steam turbine with its electric generator, a low-pressure steam generator operating on the exhaust gases of a gas turbine, characterized in that the installation additionally contains a hot water boiler operating on the exhaust gases of a gas turbine underloading of a steam turbine by heat - on a gas-vapor mixture formed in the combustion chamber when mixing the products of combustion of fuel and steam supplied to the chamber primarily from the steam generator and (or) back pressure of the steam turbine (exhaust steam of the turbine), a heating heater used to heat the mains water with steam from the back pressure of the steam turbine, feed water deaerator with a feed pump, a smoke exhauster and a pipe, two control valves on the steam lines from the boiler to the chamber combustion and from backpressure to the combustion chamber, and also contains a contact cooler-condenser, an evaporator, a refrigerant vapor compressor with its engine, a refrigerant vapor condenser and a steam choke of refrigerant, moreover, a contact cooler-condenser is installed behind the boiler, and its gas outlet is connected to the inlet of the evaporator, to the outlet of which a smoke exhauster is connected, the inlet on the refrigerant vapor side is connected to the choke outlet, and the outlet on the refrigerant side through the compressor is connected to the condenser inlet whose output is in turn connected to the choke, and the contact cooler-condenser input is connected to the source of the source water supplied by the source water pump through the heat exchanger of the continuous blower expander, the output is contact a cooler-condenser is connected to the deaerator.