RU2238414C1

RU2238414C1 - Method for regulating electric power of combined-cycle heating unit incorporating exhaust-heat boiler

Info

Publication number: RU2238414C1
Application number: RU2003109498/06A
Authority: RU
Inventors: В.П. Безлепкин (RU); В.П. Безлепкин; С.Д. Лапутько (RU); С.Д. Лапутько
Original assignee: Безлепкин Виктор Павлович; Лапутько Сергей Дмитриевич
Priority date: 2003-03-31
Filing date: 2003-03-31
Publication date: 2004-10-20

Abstract

FIELD: thermal engineering.

SUBSTANCE: proposed method includes closure of inlet guide vanes in gas-turbine plant compressor and of revolving diaphragm in steam turbine low-pressure section, as well as starting of peak-demand heating-system heater in case of power load reduction and opening of inlet guide vanes of gas-turbine plant compressor and of revolving diaphragm of steam turbine low-pressure section, and also stopping of peak-demand heating-system heater in case of increase in power load. Steam pressure in turbine extraction sections is increased in response to reduction in power load by bypassing water lines of heating-system heaters so that full-flow condensate is conveyed to deaerator bypassing condensate gas heater, the latter being switched over to heat delivery water by means of water-cooled heat exchanger and circulating pump. When power load rises, steam pressure in turbine extraction sections reduces, full-flow condensate is passed to gas heater, and delivery water heating circuit in steam turbine heating-system heaters is completed.

EFFECT: enlarged power regulation range with thermal power being maintained at desired level.

1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к производству электрической и тепловой энергии и может быть использовано на теплофикационных парогазовых установках с котлами-утилизаторами (ПГУКУ).The invention relates to the production of electric and thermal energy and can be used in combined cycle heat and power plants with waste heat boilers (PGUKU).

Известен способ регулирования электрической мощности работающей по тепловому графику теплофикационной паротурбинной установки путем уменьшения расхода пара в конденсатор и на турбину при снижении электрической нагрузки и увеличении расхода пара при увеличении электрической нагрузки при номинальных отборах пара на регенеративные подогреватели и заданном отпуске тепла потребителям регулированием давления пара в сетевых подогревателях, при котором при снижении электрической нагрузки уменьшают отбор пара на регенеративные подогреватели при одновременном повышении давления пара в сетевых подогревателях до максимальной величины, а при увеличении электрической нагрузки восстанавливают отборы пара на регенеративные подогреватели и давление пара в сетевых подогревателях до номинальных значений (АС СССР №1110912, МПК: F 01 K 17/02, а также Безлепкин В.П., Михайлов С.Я. "Регулировочный диапазон тепловых электростанций". Л.: Энергоатомиздат, 1990, с.168).A known method of regulating the electric power of a heat-generating cogeneration steam turbine plant by reducing steam consumption to a condenser and to a turbine while reducing electric load and increasing steam consumption with increasing electric load at nominal steam withdrawals to regenerative heaters and given heat output to consumers by regulating steam pressure in the network heaters, in which, with a decrease in electric load, the selection of steam for regenerative heating is reduced atels at the same time increase the steam pressure in the network heaters to the maximum value, and with an increase in the electrical load restore steam withdrawals to regenerative heaters and the steam pressure in the network heaters to nominal values (USSR AC No. 1110912, IPC: F 01 K 17/02, and Bezlepkin V.P., Mikhailov S.Ya. "The adjusting range of thermal power plants". L .: Energoatomizdat, 1990, p.168).

Недостатком известного способа является возможность его применения только на теплофикационных паротурбинных установках, снабженных развитой системой регенеративного подогрева питательной воды и имеющих возможность в широких пределах изменять расход пара на турбину. У теплофикационных парогазовых установок с котлами-утилизаторами практически отсутствует система регенеративного подогрева питательной воды, а расход пара на турбину определяется заданной тепловой нагрузкой, поэтому известный способ может быть использован только в сочетании с другими способами.The disadvantage of this method is the possibility of its use only in cogeneration steam turbine plants equipped with a developed system of regenerative heating of feed water and having the ability to widely vary the flow rate of steam to the turbine. In cogeneration combined-cycle plants with waste-heat boilers, there is practically no system for regenerative heating of feed water, and the steam consumption for a turbine is determined by a given heat load, therefore, the known method can only be used in combination with other methods.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому способу является способ регулирования электрической мощности работающей по тепловому графику теплофикационной парогазовой установки с котлом-утилизатором путем закрытия входного направляющего аппарата компрессора газотурбинной установки (ГТУ), закрытия поворотной диафрагмы части низкого давления (ЧНД) паровой турбины и включения в работу пикового сетевого подогревателя при снижении электрической нагрузки и открытия входного направляющего аппарата компрессора ГТУ, открытия поворотной диафрагмы ЧНД паровой турбины и останова пикового сетевого подогревателя при повышении электрической нагрузки (Дьяков А.Ф. и др. "Теплофикационная парогазовая установка Северо-Западной ТЭЦ Санкт-Петербурга. Статические характеристики. Электрические станции, 1996, №12, с. 9-15 - прототип).The closest technical solution to the proposed method is a method of regulating the electric power of a heat-generating combined-cycle gas turbine unit with a waste heat boiler by closing the inlet guide apparatus of the gas turbine compressor (GTU), closing the rotary diaphragm of the low pressure part (NPP) of the steam turbine and putting it into operation peak network heater when reducing electric load and opening the input guide vanes of a gas turbine compressor, opening the gate diaphragm of the BHP of a steam turbine and shutdown of the peak network heater when the electric load is increased (Dyakov AF et al. "Combined-cycle gas and gas installation of the North-West TPP of St. Petersburg. Static characteristics. Electric stations, 1996, No. 12, p. 9- 15 is a prototype).

Недостатком известного способа, принятого за прототип, является то, что при таком регулировании изменяется не только электрическая, но и тепловая мощность ПГУКУ. Для сохранения отпуска тепловой энергии на заданном уровне приходится включать в работу водогрейные котлы, пиковые сетевые подогреватели, питаемые острым паром через РОУ и т.п. Необходимость получать значительную часть тепловой энергии от дополнительных источников существенно удорожает установку и снижает ее термическую эффективность.The disadvantage of this method, adopted as a prototype, is that with this regulation, not only the electric, but also the thermal power of the CCGC is changed. To maintain the supply of thermal energy at a given level, it is necessary to include hot water boilers, peak network heaters fed with hot steam through the DOC, etc. The need to receive a significant portion of thermal energy from additional sources significantly increases the cost of the installation and reduces its thermal efficiency.

Заявляемое решение позволяет увеличить диапазон регулирования электрической мощности парогазовой установки с котлом-утилизатором при сохранении тепловой мощности на заданном уровне, а также существенно повысить эффективность ее работы.The claimed solution allows to increase the range of regulation of electric power of a combined cycle plant with a waste heat boiler while maintaining thermal power at a given level, and also significantly increase its efficiency.

Предложен способ регулирования электрической мощности теплофикационной парогазовой установки с котлом-утилизатором путем закрытия входного направляющего аппарата компрессора газотурбинной установки (ГТУ), закрытия поворотной диафрагмы части низкого давления (ЧНД) паровой турбины, включения в работу пикового сетевого подогревателя при снижении электрической нагрузки и открытия входного направляющего аппарата компрессора ГТУ, открытия поворотной диафрагмы ЧНД паровой турбины, останова пикового сетевого подогревателя при повышении электрической нагрузки, при этом при снижении электрической нагрузки повышают давление пара в отборах турбины путем обвода сетевых подогревателей по воде, основной конденсат направляют в деаэратор, помимо газового подогревателя конденсата, который с помощью водо-водяного теплообменника и циркуляционного насоса переводят на подогрев сетевой воды, а при повышении электрической нагрузки снижают давление пара в отборах турбины, основной конденсат направляют в газовый подогреватель и восстанавливают схему подогрева сетевой воды в сетевых подогревателях паровой турбины.A method is proposed for regulating the electric power of a combined cycle gas turbine unit with a waste heat boiler by closing the inlet guide vane of a gas turbine compressor (GTU), closing the rotary diaphragm of the low pressure part (NPV) of the steam turbine, turning on the peak network heater when reducing the electric load and opening the inlet guide compressor unit of the gas turbine compressor, opening the rotary diaphragm of the NPV of the steam turbine, stopping the peak network heater when increasing electrical load, while reducing the electric load, increase the steam pressure in the turbine by circulating the network water heaters, the main condensate is sent to the deaerator, in addition to the gas condensate heater, which is transferred to the mains water using a water-water heat exchanger and a circulation pump, and when the electric load increases, the steam pressure in the turbine offsets is reduced, the main condensate is sent to the gas heater and the network heating circuit is restored in the network s heaters steam turbine.

Изобретение иллюстрируется чертежом, на котором представлена принципиальная тепловая схема теплофикационной парогазовой установки с котлом-утилизатором для реализации предлагаемого способа.The invention is illustrated in the drawing, which shows a schematic thermal diagram of a cogeneration unit with a recovery boiler for implementing the proposed method.

Теплофикационная ПГУКУ включает газотурбинную установку 1, сообщенную по выхлопным газам с котлом-утилизатором 2, который по пару высокого и низкого давления сообщен с паровой турбиной 3. На входе в компрессор ГТУ 1 установлен входной направляющий аппарат 4, а в части низкого давления паровой турбины 3 - поворотная диафрагма ЧНД 5. Паровая турбина 3 трубопроводами соединена с сетевыми подогревателями 6. Последовательно с сетевыми подогревателями 6 по сетевой воде подключен пиковый сетевой подогреватель 7. Сетевые подогреватели 6, 7 по конденсату греющего пара соединены с газовым подогревателем 8 и деаэратором 9. Для обвода сетевых подогревателей 6, 7 по сетевой воде установлен байпасный трубопровод 10. Газовый подогреватель конденсата 8 через водо-водяной теплообменник 11 и циркуляционный насос 12 соединен с потребителями тепловой энергии. Пиковый сетевой подогреватель 7 сообщен по греющему пару с трубопроводом пара низкого давления 13.The cogeneration cogeneration plant includes a gas turbine unit 1, connected by exhaust gas to a waste heat boiler 2, which is connected to a steam turbine 3 through a pair of high and low pressure. An inlet guide apparatus 4 is installed at the inlet of the GTU 1 compressor, and a steam turbine 3 is supplied with a low pressure - PND rotary diaphragm 5. The steam turbine is connected by 3 pipelines to network heaters 6. A peak network heater 7 is connected in series with network heaters 6 via network water 7. Network heaters 6, 7 by condensation at the heating steam are connected to the gas heater 8 and 9. For deaerator bypass network heaters 6, 7 to the water mains installed bypass conduit 10. The gas condensate preheater 8 through the water-water heat exchanger 11 and circulating pump 12 is connected to thermal energy consumers. The peak network heater 7 is communicated via a heating steam with a low pressure steam pipe 13.

Способ регулирования электрической мощности теплофикационной ПГУКУ осуществляют следующим образом.The method of regulating the electric power of cogeneration CCGC is as follows.

При снижении электрической нагрузки закрывают входной направляющий аппарат компрессора 4, закрывают поворотную диафрагму ЧНД 5, включают в работу пиковый сетевой подогреватель 7, повышают давление пара в отборах турбины путем обвода сетевых подогревателей 6, 7 по байпасному трубопроводу 10, конденсат греющего пара сетевых подогревателей, помимо газового подогревателя 8, направляют в деаэратор 9, газовый подогреватель 8 с помощью водо-водяного теплообменника 11 и циркуляционного насоса 12 переводят на подогрев сетевой воды.When the electric load is reduced, the inlet guide apparatus of the compressor 4 is closed, the rotary diaphragm of the PND 5 is closed, the peak network heater 7 is turned on, the steam pressure in the turbine selections is increased by bypassing the network heaters 6, 7 through the bypass pipe 10, the condensate of the heating steam of the network heaters, in addition to the gas heater 8, sent to the deaerator 9, the gas heater 8 using the water-water heat exchanger 11 and the circulation pump 12 is transferred to the heating network water.

При увеличении электрической нагрузки открывают направляющий аппарат компрессора 4, открывают поворотную диафрагму ЧНД 5, выключают из работы пиковый сетевой подогреватель 7, снижают давление пара в отборах турбины путем отключения байпасного трубопровода 10, основной конденсат направляют в газовый подогреватель конденсата 8, восстанавливают схему подогрева сетевой воды в сетевых подогревателях паровой турбины.When the electric load increases, open the compressor guide device 4, open the PND 5 diaphragm, turn off the peak network heater 7, reduce the steam pressure in the turbine by disconnecting the bypass pipe 10, direct the main condensate to the gas condensate heater 8, restore the network water heating circuit in network heaters of a steam turbine.

В период снижения электрической нагрузки, когда закрывают входной направляющий аппарат 4, расход выхлопных газов ГТУ уменьшается приблизительно на 30%. При этом соответственно снижаются как электрическая, так и тепловая мощность ПГУКУ. Чтобы восстановить тепловую мощность установки, закрывают поворотную диафрагму ЧНД 5 и включают в работу пиковый сетевой подогреватель 7. Закрытие поворотной диафрагмы сопровождается уменьшением расхода пара через ЧНД 5 и ростом конечной энтальпии пара. Включение пикового сетевого подогревателя 7 приводит к уменьшению расхода на турбину пара низкого давления и повышению тепловой мощности паровой турбины 3. В результате указанных действий электрическая мощность ПГУКУ еще несколько снижается, а тепловая мощность повышается. Расчетами установлено, что с помощью принятого в качестве прототипа способа электрическая мощность ПГУКУ может быть снижена на 34%. Однако тепловая мощность установки при этом обязательно снизится на 20%, что в большинстве случаев недопустимо.In the period of lowering the electrical load, when the inlet guide vane 4 is closed, the exhaust gas flow rate of the gas turbine is reduced by approximately 30%. At the same time, both the electric and thermal power of CCPU are reduced accordingly. To restore the thermal power of the installation, close the PND 5 rotary diaphragm and turn on the peak network heater 7. Closing the rotary diaphragm is accompanied by a decrease in steam flow through the NPI 5 and an increase in the final vapor enthalpy. The inclusion of the peak network heater 7 leads to a decrease in the flow rate of low pressure steam to the turbine and an increase in the thermal power of the steam turbine 3. As a result of these actions, the electric power of the CCGCU is slightly reduced, and the thermal power is increased. The calculations found that using accepted as a prototype of the method, the electric power of CCPU can be reduced by 34%. However, the thermal power of the installation will necessarily decrease by 20%, which in most cases is unacceptable.

Для дальнейшего восстановления тепловой мощности установки повышают давление пара в отборах турбины путем обвода сетевых подогревателей по байпасному трубопроводу 10. Повышение давления пара в отборах турбины 3 приводит к уменьшению располагаемого теплоперепада и росту температуры конденсата греющего пара сетевых подогревателей 6, 7. Повышенная температура конденсата позволяет направлять его непосредственно в деаэратор 9, минуя газовый подогреватель конденсата 8, который с помощью водо-водяного теплообменника 11 и циркуляционного насоса 12 переводят на подогрев сетевой воды. При этом увеличивается расход греющего пара в деаэратор 9 и соответственно уменьшается расход пара низкого давления на турбину 3. В результате указанных действий электрическая мощность ПГУКУ продолжает снижаться, а тепловая мощность - повышаться.To further restore the thermal power of the installation, the steam pressure in the turbine offsets is increased by bypassing the network heaters through the bypass line 10. Increasing the steam pressure in the turbine offsets 3 reduces the available heat drop and the condensate temperature of the heating steam of the network heaters 6, 7. The increased condensate temperature allows directing it directly to the deaerator 9, bypassing the gas condensate heater 8, which is using a water-to-water heat exchanger 11 and a circulation pump CA 12 is transferred to heating network water. At the same time, the consumption of heating steam to the deaerator 9 increases and, accordingly, the consumption of low-pressure steam to the turbine 3 decreases. As a result of these actions, the electric power of the CCGCU continues to decrease, and the thermal power continues to increase.

Расчеты показали, что реализация предлагаемого способа регулирования электрической мощности на парогазовой установке ПГУ-450Т позволяет в периоды снижения электрической нагрузки уменьшать электрическую мощность парогазовых установок с котлами-утилизаторами на 30% при неизменной тепловой мощности. Это означает, что регулировочный диапазон установки увеличивается также на 30%. При применении описанного способа регулирования электрической мощности коэффициент использования теплоты топлива и термическая эффективность ПГУКУ остаются практически неизменными.The calculations showed that the implementation of the proposed method for regulating electric power at a combined cycle plant PGU-450T allows to reduce the electric power of combined-cycle plants with waste-heat boilers by 30% at constant thermal power during periods of lowering the electric load. This means that the adjustment range of the installation is also increased by 30%. When applying the described method for regulating electric power, the coefficient of utilization of the heat of fuel and the thermal efficiency of CCPU remain almost unchanged.

Реализация предлагаемого способа регулирования электрической мощности не требует внесения значительных изменений в тепловую схему ПГУКУ и (или) включения в ее состав дополнительного оборудования. Способ реализуется практически без финансовых и материальных затрат. Выполненные расчеты показали, что реализация предлагаемого способа регулирования электрической мощности на парогазовой установке ПГУ-450Т обеспечивает экономию 15000 т условного топлива в год или 7,5 млн руб./год.Implementation of the proposed method for regulating electric power does not require significant changes to the thermal circuit of CCPU and (or) the inclusion of additional equipment in its composition. The method is implemented with virtually no financial and material costs. The calculations showed that the implementation of the proposed method for regulating electric power at a combined cycle plant PGU-450T saves 15,000 tons of standard fuel per year or 7.5 million rubles / year.

Claims

A method of controlling the electric power of a combined cycle gas turbine unit with a waste heat boiler by closing the inlet guide vane of the gas turbine compressor, closing the rotary diaphragm of the low pressure part of the steam turbine, turning on the peak network heater while reducing the electric load and opening the inlet guide vane of the gas turbine compressor, opening the rotary diaphragm parts low pressure steam turbine shutdown peak network heating when increasing the electric load, characterized in that when the electric load is reduced, the steam pressure in the turbine is increased by circulating the network water heaters, the main condensate is sent to the deaerator in addition to the gas condensate heater, which is transferred to the heating using a water-water heat exchanger and a circulation pump network water, and with an increase in electric load, they reduce the steam pressure in the turbine offsets, the main condensate is sent to the gas heater and restore mu heating delivery water heaters in network steam turbine.