RU2254484C2

RU2254484C2 - Method of building steam-gas plant by means of gas-turbine unit mounted on steam-turbine plant of thermal power station

Info

Publication number: RU2254484C2
Application number: RU2002101386/06A
Authority: RU
Inventors: А.У. Липец (RU); А.У. Липец; Л.В. Дирина (RU); Л.В. Дирина; А.Д. Чуканов (RU); А.Д. Чуканов; гина Г.М. Кор (RU); Г.М. Корягина; В.С. Фадеев (RU); В.С. Фадеев
Original assignee: Открытое Акционерное Общество "Инжиниринговая Компания "Зиомар"
Priority date: 2002-01-23
Filing date: 2002-01-23
Publication date: 2005-06-20

Abstract

FIELD: heat power engineering.

SUBSTANCE: invention can be used at building steam-gas plants of increased efficiency by means of gas-turbine unit mounted on steam-turbine plant on operating thermal power station. According to invention, all heating surfaces of boiler required for its operation on previous fuel are preserved, heating surface in additional so similar boiler surfaces are installed in separate convective gas conduit of gas turbine, and consumption of fuel in boiler reduced so that total steam-generating capacity of steam boiler with additional surfaces should be preserved at level of steam generating capacity of steam boiler at its operation with out gas turbine plant.

EFFECT: possibility of use of gas turbine plant on steam turbine power unit with boiler operating on any fuels, without long standstill of power unit for reconstruction and correlation of power of gas turbine and steam turbine operating en-bloc.

2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение предназначено для использования в теплоэнергетике и может быть применено при создании парогазовых установок (ПГУ) повышенной эффективности путем газотурбинной надстройки паротурбинных установок (ПТУ) в условиях действующей тепловой электростанции. Практическое осуществление надстройки связано с необходимостью преодоления ряда проблем. В частности, нельзя по условиям надежного горения сбрасывать выхлопные газы из газовых турбин в котел, если в нем сжигаются низкореакционные угли. Надстройка обычно требует существенной реконструкции котла с созданием сбросных устройств к нему от газовой турбины, что приводит к необходимости длительного простоя реконструируемого энергоблока. Имеются жесткие ограничения в сочетании величин мощностей газотурбинного и паротурбинного блоков ПТУ, так что иногда надстройка с учетом располагаемой газовой турбины вынуждает снижать мощность имеющейся ПТУ. При использовании имеющегося в составе действующей ПТУ парового котла в качестве котла-утилизатора выхлопных газов газовой турбины для осуществления термодинамически наиболее эффективного бинарного цикла ПГУ возникают трудности, связанные с необходимостью отключения топочных горелочных устройств и котельного воздухоподогревателя. Таким образом, при создании газотурбинной надстройки к паротурбинному блоку ТЭС задача заключается в том, чтобы выбранная для осуществления надстройки схема ПГУ позволяла успешно преодолеть перечисленные выше трудности.The invention is intended for use in the power system and can be used to create steam-gas plants (CCGT) of increased efficiency by gas-turbine superstructure of steam-turbine plants (PTU) in the conditions of an existing thermal power plant. The practical implementation of the add-in is associated with the need to overcome a number of problems. In particular, under conditions of reliable combustion, it is impossible to discharge exhaust gases from gas turbines into a boiler if low-reaction coals are burned in it. The superstructure usually requires a substantial reconstruction of the boiler with the creation of waste devices to it from the gas turbine, which leads to the need for long downtime of the reconstructed power unit. There are severe restrictions on the combination of power values for gas turbine and steam-turbine turbine power unit, so sometimes the superstructure, taking into account the available gas turbine, forces to reduce the power of the existing technical school. When using a steam boiler contained in an existing anti-tank colloquium as a waste gas recovery boiler for a gas turbine to realize the thermodynamically most efficient binary cycle of a CCGT unit, difficulties arise associated with the need to turn off furnace burner devices and a boiler air heater. Thus, when creating a gas-turbine add-on to the steam-turbine block of a TPP, the task is to ensure that the CCGT scheme chosen for the implementation of the add-on allows to successfully overcome the above difficulties.

Известен принимаемый в качестве прототипа изобретения способ создания парогазовой установки путем газотурбинной надстройки паротурбинной установки, оборудованной сжигающим топливо паровым котлом с конвективным газоходом, включающий использование для выработки пара теплообменных поверхностей, установленных в отдельном конвективном газоходе газовой турбины [1]. В указанном отдельном конвективном газоходе ПГУ согласно [1] помещают газовый подогреватель всего конденсата, газовый подогреватель всей питательной воды и часть поверхности промежуточного пароперегревателя. Недостатком известного способа является необходимость введения дополнительной паровой турбины для срабатывания излишка пара в цилиндре низкого давления основной паровой турбины, возникающего в связи с глубоким вытеснением паровой регенерации тепла паротурбинного цикла газовой регенерацией, или (при отказе от дополнительной турбины) необходимость соответствующего уменьшения расчетной паропроизводительности парового котла. Кроме того, ПГУ, созданная по способу [1], предназначена для сжигания только газообразного топлива, в связи с чем предусмотрен подогрев топливного газа питательной водой, нагретой в отдельном конвективном газоходе, и использование дополнительной газовой турбины (турбодетандера) для срабатывания избытка давления магистрального топливного газа. Еще одним недостатком прототипа является то, что в паровом котле установлены только испарительные и пароперегревательные поверхности нагрева (экономайзерная поверхность полностью перенесена в отдельный конвективный газоход, а воздухоподогреватель отсутствует), что при газотурбинной надстройке требует коренной реконструкции котла.A known method of creating a combined-cycle plant using a gas-turbine superstructure of a steam-turbine plant equipped with a fuel-burning steam boiler with a convective gas duct is known, which includes the use of heat-exchange surfaces installed in a separate convective gas duct of a gas turbine to generate steam [1]. According to [1], a gas heater of all condensate, a gas heater of all feed water and a part of the surface of the intermediate superheater are placed in the indicated separate convective gas duct of the CCGT unit according to [1]. The disadvantage of this method is the need to introduce an additional steam turbine to operate excess steam in the low pressure cylinder of the main steam turbine, which occurs due to the deep displacement of steam heat recovery of the steam turbine cycle by gas regeneration, or (if the additional turbine is rejected), the need to correspondingly reduce the design steam output of the steam boiler . In addition, the CCGT unit, created by the method [1], is intended for burning only gaseous fuel, in connection with which it is planned to heat the fuel gas with feed water heated in a separate convective gas duct, and use an additional gas turbine (turboexpander) to operate the excess pressure of the main fuel gas. Another disadvantage of the prototype is that only vaporizing and superheating heating surfaces are installed in the steam boiler (the economizer surface is completely transferred to a separate convective gas duct, and there is no air heater), which requires a radical reconstruction of the boiler with a gas turbine superstructure.

Достигаемым результатом изобретения является возможность осуществления газотурбинной надстройки к паротурбинному энергоблоку с котлом, сжигающим любые топлива, отсутствие необходимости длительного останова энергоблока на реконструкцию и увязки мощности газовой турбины с мощностью паровой турбины в составе действующего энергоблока.The achieved result of the invention is the possibility of implementing a gas-turbine superstructure for a steam-turbine power unit with a boiler burning any fuel, the absence of the need for a long shutdown of the power unit for reconstruction and linking the power of the gas turbine with the power of the steam turbine as part of the existing power unit.

Указанный результат обеспечивается тем, что в способе создания парогазовой установки путем газотурбинной надстройки паротурбинной установки, оборудованной сжигающим топливо паровым котлом с конвективным газоходом, включающем использование для выработки пара теплообменных поверхностей, установленных в отдельном конвективном газоходе газовой турбины, согласно изобретению в паровом котле сохраняют все поверхности нагрева, необходимые для его самостоятельной работы на прежнем топливе, в отдельном конвективном газоходе газовой турбины устанавливают поверхности нагрева, дополняющие аналогичные котельные поверхности, а расход топлива в котле уменьшают так, чтобы общая паропроизводительность парового котла с дополняющими его поверхностями сохранялась на уровне паропроизводительности парового котла при его самостоятельной работе без газотурбинной надстройки.This result is ensured by the fact that in the method of creating a combined cycle gas turbine superstructure of a steam turbine installation equipped with a fuel-burning steam boiler with a convective gas duct, comprising using heat exchange surfaces installed in a separate convective gas duct of a gas turbine to generate steam, according to the invention, all surfaces are stored in the steam boiler heating, necessary for its independent operation on the previous fuel, in a separate convective gas duct of a gas turbi They install heating surfaces that complement similar boiler surfaces, and the fuel consumption in the boiler is reduced so that the overall steam capacity of the steam boiler with its surfaces is maintained at the level of the steam capacity of the steam boiler when it operates independently without a gas turbine superstructure.

На фиг.1 в качестве примера схематически изображена ПГУ по способу согласно изобретению с размещением в отдельном конвективном газоходе входных ступеней промежуточного пароперегревателя и котельного водяного экономайзера, а также выходной ступени котельного воздухоподогревателя и газового подогревателя конденсата; на фиг.2 - та же ПГУ с дополнительным размещением в этом газоходе газового регенеративного подогревателя питательной воды (турбинного экономайзера).In Fig. 1, as an example, a CCGT is depicted according to the method according to the invention with the input steps of the intermediate superheater and boiler water economizer, as well as the output stage of the boiler air heater and gas condensate heater, placed in a separate convection duct; figure 2 - the same CCGT with an additional placement in this gas duct of a gas regenerative feedwater heater (turbine economizer).

Парогазовая установка согласно изобретению содержит паротурбинный блок с паровым котлом 1, снабженный конвективным газоходом 2 с размещенными в нем поверхностями 3 нагрева и вынесенным РВП 4, а также газотурбинный блок с газовой турбиной 5. Тракт 6 выхлопных газов газовой турбины 5 имеет отдельный конвективный газоход 7 с размещенными в нем аналогичными поверхностями 8 нагрева, дополняющими котельные поверхности 3 нагрева и соединенными с ними трубопроводами 9. Если котел 1 оснащен газовым регенеративным подогревателем питательной воды (турбинным экономайзером) 10 (фиг.1), байпасирующим по питательной воде соответствующие регенеративные подогреватели высокого давления паротурбинного блока (на чертеже на показаны), то в конвективном газоходе 7 тракта 6 выхлопных газов газовой турбины 5 могут быть установлены выходная ступень 11 воздухоподогревателя парового котла 1 и газовый подогреватель 12 конденсата, также байпасирующий по конденсату соответствующие регенеративные подогреватели низкого давления паротурбинного блока (на чертеже не показаны). При отсутствии в котельном конвективном газоходе 2 турбинного экономайзера (фиг.2) он может быть установлен в конвективном газоходе 7 тракта 6 выхлопных газов газовой турбины 5 вместе с газовым подогревателем 12 конденсата и выходной ступенью 11 воздухоподогревателя. В таком сочетании возможно и полное исключение подогревателя 12 из тепловой схемы ПГУ (на чертеже не показано). Позициями 13, 14, 15 на фиг.1 и 2 обозначены соответственно газоход от котла 1 к РВП 4, линия подачи воздуха к горелкам котла (на чертеже не показаны) и дутьевой вентилятор.The combined-cycle plant according to the invention comprises a steam turbine unit with a steam boiler 1, equipped with a convective gas duct 2 with heating surfaces 3 placed therein and an external air heater 4, as well as a gas turbine unit with a gas turbine 5. The exhaust gas path 6 of the gas turbine 5 has a separate convective gas duct 7 s similar heating surfaces 8 placed therein, supplementing the boiler heating surfaces 3 and connected by pipelines 9. If the boiler 1 is equipped with a gas regenerative feed water heater (tour bin economizer) 10 (Fig. 1), bypassing the corresponding regenerative high-pressure heaters of the steam turbine unit (shown in the drawing) by feed water, then in the convection duct 7 of the exhaust gas path 6 of the gas turbine 5, the output stage 11 of the air heater of the steam boiler 1 can be installed and a gas condensate heater 12, also bypassing the corresponding condensate low pressure regenerative heaters of the steam turbine unit (not shown). In the absence of a turbine economizer in the boiler convection gas duct 2 (FIG. 2), it can be installed in the convective gas duct 7 of the exhaust gas path of the gas turbine 5 together with a gas condensate heater 12 and an air heater outlet stage 11. In this combination, a complete exclusion of the heater 12 from the thermal scheme of the CCGT unit (not shown) is also possible. Positions 13, 14, 15 in figure 1 and 2 respectively indicate the gas duct from the boiler 1 to the RVP 4, the air supply line to the burners of the boiler (not shown) and a blower fan.

ПГУ по способу согласно изобретению работает следующим образом. Котел 1, работающий на любом топливе, и газовая турбина 5 эксплуатируются в своих обычных режимах. Выхлопные газы турбины 5 глубоко охлаждаются в отдельном конвективном газоходе 7 дополнительными поверхностями 8, 10, 11, 12 нагрева котельного воздуха, питательной воды и конденсата, что обеспечивает максимальную утилизацию тепла. С другой стороны, тепло, переданное в газоходе 7 дополнительным котельным поверхностям 8, при сохранении полной паропроизводительности котла (с поверхностями нагрева 3 и 8) позволяет сжигать в нем меньше топлива.CCGT according to the method according to the invention works as follows. A boiler 1 operating on any fuel and a gas turbine 5 are operated in their usual modes. The exhaust gases of the turbine 5 are deeply cooled in a separate convective gas duct 7 by additional heating surfaces 8, 10, 11, 12 of boiler air, feed water and condensate, which ensures maximum heat recovery. On the other hand, the heat transferred in the flue 7 to the additional boiler surfaces 8, while maintaining the full steam capacity of the boiler (with heating surfaces 3 and 8), allows it to burn less fuel.

Таким образом, ПГУ согласно изобретению не требует существенной реконструкции котла и увязки его паропроизводительности с мощностью газовой турбины. Кроме того, в результате максимально полного использования сбросного тепла газовой турбины 5 и уменьшения расхода топлива в котле 1 экономичность установки в целом существенно возрастает. С другой стороны, байпасирование системы регенерации ПТУ турбинным экономайзером 10 и газовым подогревателем конденсата 12 увеличивает мощность паровой турбины (на чертеже не показана) паротурбинного блока ПГУ за счет сокращения расхода отборного пара, что еще больше увеличивает экономичность ПГУ согласно изобретению, снижая удельные расходы топлива. Избытка пара в цилиндрах среднего и низкого давления турбины не возникает, так как степень вытеснения паровой регенерации тепла в паротурбинном цикле газовой регенерацией может быть установлена оптимальным путем перераспределения отдачи тепла выхлопных газов между водой и воздухом.Thus, the CCGT according to the invention does not require significant reconstruction of the boiler and the linking of its steam production with the power of a gas turbine. In addition, as a result of the maximum use of the waste heat of the gas turbine 5 and a decrease in fuel consumption in the boiler 1, the overall efficiency of the installation increases significantly. On the other hand, bypassing the PTU regeneration system with a turbine economizer 10 and a gas condensate heater 12 increases the capacity of a steam turbine (not shown) of a steam turbine unit of a CCGT unit by reducing the consumption of selected steam, which further increases the efficiency of a CCGT unit according to the invention, reducing specific fuel consumption. An excess of steam in the cylinders of the medium and low pressure of the turbine does not occur, since the degree of displacement of steam heat recovery in the steam-turbine cycle by gas recovery can be set optimally by redistributing the heat transfer of exhaust gases between water and air.

Проведенные расчеты применительно к надстройке паротурбинного энергоблока 310 МВт газовой турбиной 110 МВт по схеме согласно изобретению показали, что мощность установки возрастает до 497 МВт (для температуры наружного воздуха t_нв=-15°С), а удельный расход топлива понижается приблизительно на 10% по сравнению с исходным паротурбинным блоком.The calculations performed in relation to the superstructure of a steam turbine power unit 310 MW with a gas turbine 110 MW according to the scheme according to the invention showed that the installation capacity increases to 497 MW (for outdoor air temperature t _HB = -15 ° C), and the specific fuel consumption decreases by about 10% compared with the original steam turbine unit.

Источник информацииThe source of information

1. Авторское свидетельство СССР №1458606, 7 F 01 K 23/06, 1986.1. USSR author's certificate No. 1458606, 7 F 01 K 23/06, 1986.

Claims

A method of creating a gas-vapor installation by means of a gas-turbine superstructure of a steam-turbine installation, equipped with a fuel-burning steam boiler with a convective gas duct, comprising the use of a gas turbine for generating steam of heat exchange surfaces installed in a separate convective gas duct, characterized in that the steam boiler retains all the heating surfaces necessary for it independent work on the same fuel, in a separate convective gas duct of the gas turbine set the heating surface, complement similar boiler surfaces, and the fuel consumption in the boiler is reduced so that the overall steam capacity of the steam boiler with its surfaces is maintained at the level of the steam capacity of the steam boiler when it operates independently without a gas turbine superstructure.