RU22197U1 - Парогазовая установка - Google Patents

Description

2001127831

ПАРОГАЗОВАЯ УСТАНОВКА

Техническое решение относится к теплоэнергетике и может быть использовано в парогазовых установках (ПГУ) контактного типа, предназначенных для выработки электрической энергии.

Тепловая эффективность ПГУ, предназначенной для выработки электрической энергии, характеризуется величиной КПД, определяемой по формуле:

NQX

ц 1 1 - 1/qt (aLo+1)Alr + aLoGn А1к /Bv ,(1)

beqtb qt

где л -КПД ПГУ; N - мощность ПГУ; b - расход топлива;

qt - удельная теплотворная способность топлива;

QX - отвод теплоты в окружающую среду;

а - коэффициент избытка воздуха;

LO - весовое стехеометрическое соотношение;

Air - снижение энтальпии уходящих из КУ газов (без подведенного в КС и ГТ пара) при охлаждении до температуры окружающей среды; GK - расход отработанного пара, отводимого в окружающую среду или в конденсатор;

А1к - снижение энтальпии отработанного пара при его конденсации и, возможно, охлаждении до начальной температуры воды в цикле;

BV- расход воздуха через компрессор газотурбинной установки (ГТУ). Максимум КПД ПГУ соответствует минимуму выражения

(aLo+1)Alr + аЬоОк А1к /Bv - mm,(2)

F02C6/18

достигаемому путем снижения значений параметров а, А1г, А1к и отношения

GK/BV.

Известна ПГУ контактного типа (КПГУ) КПГУ-16, (Комбинированная газопаротурбинная установка мощностью 16-25 МВт с утилизацией тепла отходящих газов и регенерацией воды из парогазового потока, Романов В.И., Кривуца В.А., Теплоэнергетика, №4, 1996, с.28). Данная КПГУ содержит: ГТУ ДС90, содержащую компрессор (состоящий из компрессоров н.д. и в.д. - КНД и КВД), КС и ГТ (состоящую из трех турбин); КУ с экономайзерной, испарительной и пароперегревательной поверхностями одного давления (теплоутилизирующий контур КУП-3100). В КУ теплом выхлопных газов ГТ вырабатывают пар, подаваемый на вход КС по пару (экологический впрыск) и на вход ГТ по пару (энергетический впрыск).

Недостатком приведенной КПГУ является сравнительно низкий уровень КПД, составивший при начальной температуре газов перед ГТ 1062°С 41 %, что связано, в первую очередь, с высокой температурой газов за КУ (180-200°С) и, следовательно, высокими значениями Air и А1к в выражении (2) при завышенной (для указанной температуры газов за ГТ) величине отношения GK /By, а также с недостаточным понижением значения а.

Известна также КПГУ, (Парогазовая установка с впрыском пара: возможности и оптимизация параметров цикла, Стырикович М.А., Фаворский О.Н., Зейгарник Ю.А. и др.. Теплоэнергетика, №10, 1995, с. 53.).Данная КПГУ, наиболее близкая к предлагаемой, содержит: компрессор, состоящий из компрессоров н.д. (КНД) и в.д. (КВД), КС и ГТ, состоящую из трех турбин: в.д. (ТВД), н.д. (ТНД) и силовой турбины (СТ); КУ с экономайзерными, испарительными и пароперегревательными поверхностями двух давлений. Выработанный в КУ пар в.д. вводится в КС как дополнительное рабочее тело и используется для охлаждения лопаточного аппарата (ЛА) ТВД, а пар н.д. используют только для открытого парового охлаждения турбин ТНД и СТ, КУ на выходе по пару н.д. сообщен через охпаждающий тракт ЛА с проточной частью ТНТ и СТ. Данное техническое решение, несмотря на достигаемое снижение величин А1г и А1к в выражеНИИ (2), не приводит к повышению КПД ПГУ, т.к. количество вырабатываемого пара в контуре н.д. в силу высокой теплоемкости пара, как правило, превосходит потребное количество хладагента для открытого охлаждения ЛА ГТ в области низкого давления ГТ. Вследствие большой разницы температур пара н.д. и продуктов сгорания при их смешении в проточной части ТНД происходит охлаждение рабочего тела и снижение температуры газов на выхлопе ГТ. В результате происходит снижение мощности ГТ и выработки пара в.д. в КУ, при этом коэффициент избытка воздуха а не снижается. Кроме того, применение пара в.д. для охлаждения ЛА ГТ с последующим его отводом в область в.д. (в частности, в КС и на вход в ТВД), ограничивает температуру пара в.д. за КУ значениями 350-450°С. В итоге теплота конденсации отработанного пара, сбрасываемая в окружающую среду, остается достаточно высокой из-за большой величины суммарной паропроизводительности (отношения GK/BV) за счет пара Н.Д., а также из-за невысокой температуры пара в.д. за КУ.

Техническим результатом заявляемой полезной модели является снижение коэффициента избытка воздуха а с минимальной суммарной паропроизводительностью КУ при сохранении температуры уходящих газов на минимальном уровне, что обеспечивает повышение КПД ПГУ.

Указанный результат достигается в заявляемой ПГУ, содержащей ПГУ и КУ с парогенерирующими контурами двух или более давлений, за счет того, что в ПГУ установлен паровой компрессор (ПК), сообщенный на входе по пару с выходом по пару испарителя парогенерирующего контура н.д., и приводную паровую турбину (ППТ), сообщенную на входе по пару с выходом пароперегревателя парогенерирующего контура в.д. (ППВД) по пару и установленную на одном валу с ПК, при этом ПК на выходе по пару сообщен со входами по пару камеры сгорания и (или) газовой турбины ГТУ.

Кроме того, КУ может быть снабжен промежуточным пароперегревателем (ППП), сообщенным на входе по пару с выходом по пару ППТ, на выходе по пару - со входами по пару камеры сгорания и (или) газовой турбины ГТУ, при

этом ПК на выходе по пару сообщен со входами по пару камеры сгорания, газовой турбины ГТУ и (или) ППП.

Применение ПК, приводимого в движение ППТ и сообщенного на входе по пару с выходом испарителя н.д. по пару, для дожимания пара н.д. от давления превышающего атмосферное, до уровня давлений в КС или перед ГТ с последующим перегревом пара в КС до начальной температуры перед ГТ и, далее, расширением в ГТ до атмосферного давления позволяет получить дополнительную полезную работу со снижением коэффициента избытка воздуха а и с более высоким КПД ПГУ по сравнению с прототипом.

Оснащение КУ промежуточным пароперегревателем, сообщенным на входе по пару с выходом по пару ППТ, обеспечивает повышение средней температуры подвода теплоты к рабочему телу (пару) в КУ вследствие повышения давления в контуре в.д. и увеличения расхода тепла в пароперегреватели (ППП и ППВД), что обеспечивает указанное снижение коэффициента избытка воздуха а при сохранении температуры уходящих газов и суммарной паропроизводительности КУ на минимальном уровне с дополнительным повышением КПД ПГУ.

На чертеже, в качестве примера реализации полезной модели, представлена принципиальная тепловая схема КПГУ с КУ двух давлений. КПГУ содержит ГТУ 1 с КС 2, ГТ 3 и КУ, парогенерирующий контур н.д. которого, в данном примере, содержит экономайзер 4 н.д., испаритель 5 н.д., барабан 10 Н.Д.; парогенерирующий контур в.д. - экономайзер 6 в.д. и испаритель 7 в.д. и ППВД 8. В приведенном примере КПГУ содержит также систему 9 регенерации воды из продуктов сгорания (СРВ). ГТ 3 снабжена каналами 11 парового охлаждения высокотемпературных элементов (ПО) с отводом нагретого охлаждающего пара в КС 2 и на вход в ГТ 3 по пару.

ПГУ также содержит паровой компрессор (ПК) 12, сообщенный паропроводом 13 на входе по пару через барабан 10 н.д. с выходом по пару испарителя 5 н.д., и приводную паровую турбину (ППТ) 14, сообщенную паропроводом 15 на входе по пару с выходом ППВД 8 по пару и установленную на одном валу с ПК 12, а КУ снабжен промежуточным пароперегревателем (ППП) 16, сообщенным на

входе по пару с выходом по пару Г1ПТ 14 паропроводом 17, на выходе по пару со входом по пару ГТ 3 паропроводом 18. В данном примере, ПК 12 на выходе по пару сообщен паропроводом 19 через каналы ПО 11 со входами по пару КС 2 и ГТ 3. Возможен также вариант подключения выхода по пару ПК 12 (в данном примере - через каналы ПО 11) только ко входу пара в КС 2 или ГТ 3, а также ко входу по пару ППП 16. В отсутствие парового охлаждения ГТ 3, ПК 12 на выходе по пару будет сообщен только со входом по пару ППП 16.

Устройство работает следующим образом.

Сконденсированную из продуктов сгорания в СРВ 9 влагу (конденсат) подают в экономайзер 4 н.д. и, далее, в барабан 10 н.д., откуда он поступает, частично, в испаритель 5 н.д., частично - в экономайзер 6 в.д. в количестве, равном паропроизводительности испарителя 7 в.д. На указанных поверхностях теплообмена в КУ теплом выхлопных газов ГТ 3 из конденсата вырабатывают пар двух давлений. Пар в.д., вырабатываемый в испарителе 7 в.д. и перегреваемый в ППВД 8, подают через паропровод 15 в ППТ 14, где производится его расширение с выработкой мощности, расходуемой на привод ПК 12. Из ППТ 14 отработанный пар подают через паропровод 17 на вход в ППП 16, где вновь перегревают и подают по паропроводу 18 на вход в ГТ 3. Пар н.д. из барабана 10 н.д. подают в ПК 12, дожимают до требуемого давления и подают на вход в КС 2 и в ГТ 3 (в данном примере - через каналы ПО 11). В результате весь выработанный в КУ пар перегревают до начальной температуры газов перед ГТ 3 за счет теплоты, подводимой из КС 2, что позволяет снизить величину коэффициента избытка воздуха а и повысить КПД ПГУ.

Номинальные значения давлений в контурах в.д. и н.д. и температуры пара в.д. перед ППТ 14 выбирают по условиям равенства мощностей ПК 12 и ППТ 14, примерного равенства температур пара за ПК 12, ППТ 14 и в испарителе в.д. 7. Давления и темлературы пара - скользящие, нерегулируемые, баланс мощностей ППТ 14 и ПК 12 на переменных режимах устанавливается автоматически (сам собой, без применения средств автоматического регулирования), в частности, за счет скольжения давления в контуре н.д. Поскольку сжатие пара н.д. в ПК 12 на всех режимах производят от низкого давления, подбираемого ло

условию примерного равенства температуры пара за ПК 12 температуре в испарителе в.д. 7, и превышающего атмосферное давление, то расширение перегретого пара н.д. в ГТ 3, производимого до давления, близкому к атмосферному, позволяет получить работу, значительно превосходящую работу, затрачиваемую на привод ПК 12. Последнее обеспечено также достаточно высокими значениями внутренних относительных КПД ПК 12 и ППТ 14, достигаемыми подбором оптимальной частоты вращения роторов указанных турбомашин, что технически возможно, поскольку объемные расходы через ПК 12 и ППТ 14 оказываются величинами одного порядка.

Повышение средней температуры подвода теплоты к рабочему телу (пару) в КУ по сравнению с прототипом обеспечено за счет увеличения давления в контуре в.д. на величину перепада давлений в ППТ 14 и расхода тепла в пароперегреватели (ППП 16 и ППВД 8). Последнее, в случае применения парового охлаждения ГТ, обусловлено также более высокой температурой нагрева пара в ППП 16, чем в пара в.д. в КУ прототипа, поскольку пар за ППП 16 не применяется для охлаждения ГТ 3. В результате снижение коэффициента избытка воздуха а достигается с минимальным увеличением отвода теплоты конденсации отработанного пара в окружающую среду (в данном примере через СРВ 9) и приводит к увеличению КПД ПГУ.

Приведенный пример представлен лишь для иллюстрации заявляемой ПГУ и не исчерпывает всех возможных вариантов реализации полезной модели.

Claims (2)

1. Парогазовая установка (ПГУ), содержащая газотурбинную установку (ГТУ) и котел-утилизатор (КУ) с парогенерирующими контурами двух или более давлений, отличающаяся тем, что ПГУ содержит паровой компрессор (ПК), сообщенный на входе по пару с выходом по пару испарителя парогенерирующего контура низкого давления, и приводную паровую турбину (ППТ), сообщенную на входе по пару с выходом пароперегревателя парогенерирующего контура высокого давления по пару и установленную на одном валу с ПК, при этом ПК на выходе по пару сообщен со входами по пару камеры сгорания и (или) газовой турбины ГТУ.

2. Парогазовая установка по п.1, отличающаяся тем, что КУ снабжен промежуточным пароперегревателем, сообщенным на входе по пару с выходом по пару ППТ, на выходе по пару - со входами по пару камеры сгорания и (или) газовой турбины ГТУ, при этом ПК на выходе по пару сообщен со входами по пару камеры сгорания, газовой турбины ГТУ и (или) промежуточного пароперегревателя.