RU2272914C1

RU2272914C1 - Gas-steam thermoelectric plant

Info

Publication number: RU2272914C1
Application number: RU2005106333/06A
Authority: RU
Inventors: Виктор Анатольевич Никишин (RU); Виктор Анатольевич Никишин; Леонид Иванович Пешков (RU); Леонид Иванович Пешков; Иль Нахимович Рыжинский (RU); Илья Нахимович Рыжинский; Леонид Павлович Шелудько (RU); Леонид Павлович Шелудько
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Самара-Авиагаз"
Priority date: 2005-03-10
Filing date: 2005-03-10
Publication date: 2006-03-27

Abstract

FIELD: power engineering.

SUBSTANCE: proposed gas-steam thermoelectric plant contains gas-steam turbine unit with high-pressure gas turbine, counterpressure steam turbine, power-generating and ecological steam lines, steam-gas mixture heat recovery unit with steam recovery boiler, gas-water heater, gas cooler-condenser, separated water heat recovery unit. Low-pressure steam-gas turbine and afterburner chamber are arranged additionally in gas-steam turbine unit, afterburner chamber being installed between high-pressure gas turbine and low-pressure steam-gas turbine. Output of counterpressure steam turbine is connected by ecological steam line with output of high-pressure gas turbine and with after-burner chamber.

EFFECT: provision of designing of gas-steam thermoelectric plant of higher power output and economy using existing counterpressure steam turbines with standard initial parameters of steam.

2 dwg

Description

Газопаровая теплоэлектроцентраль относится к области энергетики.Gas-steam cogeneration plant belongs to the field of energy.

Известна комбинированная газопаровая установка типа "Водолей", содержащая газотурбинную установку с воздушным компрессором, камеру сгорания с устройствами подвода "экологического" и "энергетического" пара, парогазовую турбину, размещенный в ее выхлопном газоходе паровой котел-утилизатор, электрогенератор.Known combined gas-vapor installation of the type "Aquarius", containing a gas turbine installation with an air compressor, a combustion chamber with devices for supplying "ecological" and "energy" steam, a gas and steam turbine located in its exhaust gas duct, a waste heat boiler, an electric generator.

Котел-утилизатор содержит расположенные по ходу парогазовой смеси парогенератор, оросительное устройство, контактный газоохладитель-конденсатор с сепарационным устройством. Оросительное устройство котла-утилизатора связано с трубопроводом подвода охлажденной орошающей воды. Сепарационное устройство по газам связано выхлопным газоходом с атмосферой, а по сепарированной воде - с баком-накопителем сепарированной воды. Последний трубопроводом питательной воды соединен с входным патрубком парогенератора. Парогенератор связан паропроводом с камерой сгорания. Вторым трубопроводом бак-накопитель сепарированной воды соединен трубопроводами через водоохлаждающее устройство с сепарационным устройством газоохладителя-конденсатора. Ротор парогазовой турбины соединен валом с ротором воздушного компрессора и с ротором электрогенератора. [Романов В.И., Кривуца В.А. Комбинированная газопаровая установка мощностью 16-25 МВт с утилизацией тепла отходящих газов и регенерацией воды из парогазового потока. "Теплоэнергетика" №4, 1966, с.27-30].The recovery boiler contains a steam generator located along the gas-vapor mixture, an irrigation device, a contact gas cooler-condenser with a separation device. The irrigation device of the recovery boiler is connected to the chilled irrigation water supply pipe. The gas separation unit is connected to the atmosphere by the exhaust gas duct, and to the storage tank for separated water through the separated water. The latter is connected to the inlet pipe of the steam generator by a feed water pipe. The steam generator is connected by a steam line to the combustion chamber. The second pipeline, the storage tank of the separated water is connected by pipelines through a water-cooling device to the separation device of the gas cooler-condenser. The rotor of a combined cycle gas turbine is connected by a shaft to the rotor of an air compressor and to the rotor of an electric generator. [Romanov V.I., Krivutsa V.A. Combined gas-steam plant with a capacity of 16-25 MW with heat recovery from exhaust gases and water recovery from the combined-cycle gas stream. "Thermal Power" No. 4, 1966, pp. 27-30].

В газопаровой установке типа "Водолей" вырабатываемый пар используется только для впрыска в камеру сгорания, поэтому эта установка не может быть применена для модернизации существующих паротурбинных теплоэлектроцентралей.In a gas-steam installation of the Aquarius type, the generated steam is used only for injection into the combustion chamber, therefore this installation cannot be used to upgrade existing steam-turbine cogeneration plants.

Наиболее близкой по технической сущности является парогазовая теплоэлектроцентраль с закрытой теплофикационной системой ["Парогазовая установка ПГУ-60С. Коммерческое предложение. ФГУП "Салют", 2005 г."], содержащая воздушный компрессор, камеру сгорания высокого давления с устройствами для впрыска "экологического" и "энергетического" пара, парогазовую турбину высокого давления, силовую парогазовую турбину низкого давления, противодавленческую паровую турбину, электрогенератор, паровой котел-утилизатор, бак сепарированной воды, теплонасосную установку, сетевую подогревательную установку. В котле-утилизаторе, установленном в выхлопном газоходе за силовой парогазовой турбиной низкого давления, размещены последовательно по ходу парогазовой смеси поверхности нагрева парогенератора сетевая подогревательная установка, оросительное устройство и газоохладитель-конденсатор с сепарационным устройством.The closest in technical essence is a combined cycle heat and power plant with a closed heating system ["Combined-cycle plant PGU-60S. Commercial offer. FSUE" Salyut ", 2005"], containing an air compressor, a high-pressure combustion chamber with environmental injection devices and “energy” steam, a high-pressure steam-gas turbine, a low-pressure steam-gas turbine, a backpressure steam turbine, an electric generator, a waste heat boiler, a separated water tank, and a heat pump th setup, network preheating unit. In a waste heat boiler installed in the exhaust gas duct behind a low-pressure steam and gas turbine, a network heating installation, an irrigation device and a gas-cooler-condenser with a separation device are placed sequentially along the gas-vapor mixture of the heating surface of the steam generator.

Сепарационное устройство котла-утилизатора связано по потоку сепарированных газов через выхлопной газоход и дымосос с атмосферой, а по сепарированной воде (конденсату) связано трубопроводом с баком сепарированной воды (емкостью - накопителем конденсата). Входной патрубок парогенератора соединен трубопроводом питательной воды с баком сепарированной воды. Выходной патрубок парогенератора соединен паропроводом с паровпускным органом противодавленческой паровой турбины, выхлоп которой по пару связан паропроводами с устройствами впрыска пара в камеру сгорания высокого давления. Входной патрубок теплонасосной установки подключен по сепарированной воде трубопроводом к баку сепарированной воды, а ее выходной патрубок по сепарированной воде связан трубопроводом с оросительным устройством котла-утилизатора. По нагреваемой сетевой воде теплонасосная установка подключена на входе к трубопроводу обратной и на выходе к трубопроводу прямой сетевой воды закрытой теплофикационной системы.The separator device of the recovery boiler is connected through the flow of separated gases through the exhaust gas duct and the exhaust fan to the atmosphere, and through the separated water (condensate) it is connected by a pipeline to the separated water tank (capacity - condensate storage tank). The inlet pipe of the steam generator is connected by a feed water pipe to a separated water tank. The outlet pipe of the steam generator is connected by a steam line to the steam inlet body of the backpressure steam turbine, the exhaust of which is coupled in pairs by steam lines to the devices for injecting steam into the high-pressure combustion chamber. The inlet pipe of the heat pump installation is connected through a separated water pipe to the tank of separated water, and its outlet pipe through a separated water is connected by a pipe to the irrigation device of the recovery boiler. By heating network water, the heat pump installation is connected at the inlet to the return pipeline and at the outlet to the direct network water pipe of the closed heating system.

Описанная контактная парогазовая установка предназначена для создания новых высокоэкономичных теплофикационных энергоблоков. Она не может быть использована для модернизации базовых паротурбинных теплоэлектроцентралей, так как ее парогенератор вырабатывает перегретый пар с параметрами ниже стандартных для типовых теплофикационных турбин. Кроме того, он подключен паропроводом к специальной противодавленческой паровой турбине, выхлоп которой связан паропроводами с устройствами впрыска пара в камеру сгорания высокого давления и системой охлаждения парогазовой турбины. В данной установке также невозможно использование существующих газотурбинных установок с разрезным валом и как следствие этого имеется необходимость в применении специальной парогазовой турбины.The described contact combined-cycle plant is designed to create new highly efficient heating cogeneration units. It cannot be used for the modernization of basic steam turbine cogeneration plants, as its steam generator produces superheated steam with parameters below the standard for typical cogeneration turbines. In addition, it is connected by a steam line to a special backpressure steam turbine, the exhaust of which is connected by steam lines to devices for injecting steam into a high-pressure combustion chamber and a cooling system for a combined cycle gas turbine. In this installation, it is also impossible to use existing gas turbine plants with a split shaft, and as a result of this there is a need to use a special combined-cycle turbine.

Задачей предлагаемого технического решения является разработка газопаровой теплоэлектроцентрали, которая обеспечивает повышение ее мощности и экономичности при использовании существующих противодавленчиских паровых турбин со стандартными начальными параметрами пара.The objective of the proposed technical solution is to develop a gas-steam cogeneration plant, which provides an increase in its power and efficiency when using existing counterpressure steam turbines with standard initial steam parameters.

Поставленная задача решается за счет того, что газопаровая теплоэлектроцентраль содержит газопаротурбинный блок с газовой турбиной высокого давления, противодавленческой паровой турбиной, паропроводами "энергетического" и "экологического" пара, блок утилизации тепла парогазовой смеси с паровым котлом-утилизатором, газоводяным подогревателем, газоохладителем - конденсатором, блок использования теплоты сепарированной воды, при этом в газопаротурбинном блоке дополнительно размещены парогазовая турбина низкого давления и камера дожигания, установленная между газовой турбиной высокого давления и парогазовой турбиной низкого давления; выход противодавленческой паровой турбины соединен паропроводом "экологического" пара с выходом газовой турбины высокого давления и паропроводом "энергетического пара" с камерой дожигания.The problem is solved due to the fact that the gas-steam heat and power plant contains a gas-steam turbine unit with a high-pressure gas turbine, a backpressure steam turbine, steam pipelines of "energy" and "ecological" steam, a heat recovery unit for the gas-gas mixture with a steam recovery boiler, gas-water heater, gas-cooled condenser , a unit for using the heat of separated water, while a low-pressure gas turbine and an afterburner are additionally placed in the gas-steam turbine block an installation installed between a high-pressure gas turbine and a low-pressure combined-cycle turbine; the output of the backpressure steam turbine is connected by the steam line of the “ecological” steam with the output of the high pressure gas turbine and the steam pipe of the “energy steam” with the afterburner.

Размещение дополнительных парогазовой турбины низкого давления и камеры дожигания, установленной между газовой турбиной высокого давления и парогазовой турбиной низкого давления, позволяет повысить электрическую и тепловую мощность за счет повышения температуры газа перед парогазовой турбиной низкого давления.The placement of additional combined cycle low-pressure turbine and an afterburner installed between the high-pressure gas turbine and the low-pressure combined-cycle turbine can increase the electric and thermal power by increasing the gas temperature in front of the low-pressure combined-cycle turbine.

Соединение выхода противодавленческой паровой турбины паропроводом "экологического" пара с выходом газовой турбины высокого давления позволяет позволяет снизить образование оксидов азота в газах, сбрасываемых в атмосферу.The connection of the output of the backpressure steam turbine with the steam line of the “ecological” steam and the output of the high pressure gas turbine allows one to reduce the formation of nitrogen oxides in the gases discharged into the atmosphere.

Соединение выхода противодавленческой паровой турбины паропроводом "энергетического" пара с камерой дожигания позволяет увеличить мощность за счет увеличения расхода парогазовой смеси через парогазовую турбину низкого давления.The connection of the output of the backpressure steam turbine with the steam line of the “energy” steam with the afterburner allows increasing the power by increasing the consumption of the gas mixture through the low-pressure gas turbine.

Соединение выхода противодавленческой паровой турбины паропроводами с выходом газовой турбины высокого давления и с камерой дожигания позволяет увеличить ее мощность за счет увеличения в ней степени расширения и теплоперепада.The connection of the output of the backpressure steam turbine with steam pipelines with the output of the high pressure gas turbine and with the afterburner allows increasing its power by increasing the degree of expansion and heat transfer in it.

Предлагаемая совокупность признаков нова и позволяет в газопаровой теплоэлектроцентрали использовать существующие противодавленческие паровые турбины и турбокомпрессоры существующих газотурбинных установок с разрезным валом, при этом существенно снизить затраты на создание подобной газопаровой теплоэлектроцентрали.The proposed set of features is new and allows the use of existing counterpressure steam turbines and turbochargers of existing gas turbine units with a split shaft in a gas-steam heat and power plant, while significantly reducing the cost of creating such a gas-steam heat and power plant.

На чертежах, изображена газопаровая теплоэлектроцентраль, где на фиг.1 показана блок-схема; на фиг.2 приведена ее принципиальная схема.In the drawings, a gas-steam cogeneration plant is shown, in which Fig. 1 shows a block diagram; figure 2 shows its schematic diagram.

Блок-схема на фиг.1 состоит из трех блоков: газопаротурбинного блока 1; блока утилизации тепла парогазовой смеси 2; блока использования теплоты сепарированной воды 3.The block diagram of figure 1 consists of three blocks: gas-steam turbine block 1; heat recovery unit of the gas-vapor mixture 2; unit for using the heat of separated water 3.

На фиг.2 показана принципиальная схема газопаровой теплоэлектроцентрали.Figure 2 shows a schematic diagram of a gas-steam cogeneration plant.

Газопаротурбинный блок 1 включает воздушный компрессор 4, камеру сгорания высокого давления 5, газовую турбину высокого давления 6 (компрессорную турбину), камеру дожигания 7 с впрыскивающим устройством 8, парогазовую турбину низкого давления 9 (свободную силовую турбину), электрогенератор 10, противодавленческую паровую турбину 11, паропровод "энергетического" 12 и "экологического" пара 13, трубопровод перегретого пара 14, трубопровод парогазовой смеси 15.The gas-steam turbine unit 1 includes an air compressor 4, a high-pressure combustion chamber 5, a high-pressure gas turbine 6 (compressor turbine), an afterburner 7 with an injection device 8, a low-pressure gas and steam turbine 9 (free power turbine), an electric generator 10, and a backpressure steam turbine 11 , steam pipeline "energy" 12 and "ecological" steam 13, superheated steam pipeline 14, steam-gas mixture pipeline 15.

Блок утилизации тепла парогазовой смеси 2 включает паровой котел-утилизатор 16, содержащий пароперегреватель 17, испаритель 18, водяной экономайзер 19, газоводяной подогреватель 20, оросительное устройство 21, газоохладитель-конденсатор 22 с сепарационным устройством, выхлопной газоход 23 с дымососом, трубопровод сепарированной воды 24, трубопроводы прямой 32 и обратной 33 сетевой воды теплосети.The heat recovery unit of the gas-vapor mixture 2 includes a steam recovery boiler 16 comprising a superheater 17, an evaporator 18, a water economizer 19, a gas-water heater 20, an irrigation device 21, a gas cooler-condenser 22 with a separation device, an exhaust gas duct 23 with a smoke exhauster, a separated water pipe 24 , pipelines direct 32 and return 33 network water heating system.

Блок 3 использования теплоты сепарированной воды включает бак сепарированной воды 25, трубопровод оросительной воды 26, трубопровод питательной воды 27 котла-утилизатора 16 с питательным насосом, фильтр умягчения и деаэратор питательной воды 28, теплонасосную установку 29, трубопроводы 30 и 31 сетевой воды.Block 3 using the heat of separated water includes a separated water tank 25, irrigation water pipe 26, feed water pipe 27 of the recovery boiler 16 with a feed pump, a softening filter and feed water deaerator 28, heat pump unit 29, network water pipes 30 and 31.

Газопаровая теплоэлектроцентраль работает следующим образом. Атмосферный воздух сжимают компрессором 4 газопаротурбинного блока 1, направляют его в камеру сгорания высокого давления 5 и сжигают в нем топливо.Gas-steam cogeneration works as follows. Atmospheric air is compressed by a compressor 4 of a gas-steam-turbine unit 1, directed to a high-pressure combustion chamber 5, and fuel is burned therein.

Продукты сгорания топлива последовательно расширяют в турбинах высокого 6 и низкого давления 9. Газовая турбина высокого давления 6 газопаротурбинного блока 1 работает на продуктах сгорания топлива, выходящих из основной камеры сгорания 5.The combustion products of the fuel are sequentially expanded in high-pressure and low-pressure turbines 9. The high-pressure gas turbine 6 of the gas-steam turbine unit 1 operates on the combustion products of the fuel exiting the main combustion chamber 5.

Полезную работу газовой турбины высокого давления 6 используют для сжатия воздуха в компрессоре 4. К продуктам сгорания топлива, отработавшим в газовой турбине высокого давления 6, по паропроводу 12, через паропровод 13 из противодавленческой паровой турбины 11 подают "экологический" пар, используя его для впрыска в продукты сгорания, вышедшие из турбины высокого давления 6. В дополнительную камеру дожигания 7 подводят топливо. Во впрыскивающее устройство 8 дополнительной камеры дожигания 7 по паропроводу 12 подают "энергетический" поток пара.The useful work of the high-pressure gas turbine 6 is used to compress air in the compressor 4. To the products of fuel combustion, spent in the high-pressure gas turbine 6, through the steam line 12, through the steam line 13 from the backpressure steam turbine 11 serves "environmental" steam, using it for injection in the combustion products leaving the high-pressure turbine 6. Fuel is supplied to the additional afterburner 7. In the injection device 8 of the additional afterburner 7 through the steam line 12 serves "energy" steam flow.

Температуру образовавшейся парогазовой смеси на входе в неохлаждаемую парогазовую турбину 9 устанавливают на уровне 900°С.The temperature of the resulting vapor-gas mixture at the inlet to the uncooled gas-vapor turbine 9 is set at 900 ° C.

Полезную работу парогазовой турбины 9 и противодавленческой паровой турбины 11 используют для привода электрогенератора 10 и выработки электроэнергии.The useful work of the combined cycle gas turbine 9 and the backpressure steam turbine 11 is used to drive the electric generator 10 and generate electricity.

Парогазовую смесь, вышедшую из парогазовой турбины 9, по трубопроводу парогазовой смеси 15 подают в котел-утилизатор 16 блока 2 утилизации тепла парогазовой смеси. Теплоту парогазовой смеси утилизируют в котле-утилизаторе 16 для выработки перегретого пара высокого давления. Питательную воду подают в экономайзер 19 котла-утилизатора 16. В испарительной поверхности 18 генерируют насыщенный пар. После перегрева в пароперегревателе 17 перегретый пар высокого давления со стандартными начальными параметрами подводят по паропроводу 14 к противодавленческой паровой турбине 11 газопаротурбинного блока 1. Парогазовую смесь после водяного экономайзера 19 охлаждают в газоводяном подогревателе 20, нагревая в нем сетевую воду теплосети, подводимую в него по трубопроводу 31 обратной линии теплосети и отводимую по трубопроводу 32 прямой линии теплосети.The gas-vapor mixture leaving the gas-turbine 9 is fed through the gas-vapor mixture pipeline 15 to the heat recovery boiler 16 of the heat recovery unit 2 of the gas-vapor mixture. The heat of the vapor-gas mixture is disposed of in a waste heat boiler 16 to generate superheated high pressure steam. Feed water is supplied to the economizer 19 of the recovery boiler 16. Saturated steam is generated in the evaporation surface 18. After overheating in the superheater 17, superheated high-pressure steam with standard initial parameters is supplied through the steam line 14 to the backpressure steam turbine 11 of the gas-steam turbine unit 1. The gas-vapor mixture after the water economizer 19 is cooled in the gas-water heater 20, heating the mains water of the heating network through the pipeline 31 of the return heating system line and discharged through the pipeline 32 of the direct heating network line.

В парогазовую смесь, охлажденную в газоводяном подогревателе 20 котла-утилизатора 15, через оросительное устройство 21 впрыскивают охлаждающую воду с температурой 20-30°С, подводимую из блока 3 использования теплоты сепарированной воды по трубопроводу оросительной воды 26. За счет этого в газоохладителе-конденсаторе 22 конденсируют паровую составляющую парогазовой смеси. В сепарационном устройстве газоохладителя-конденсатора 23 сепарируют смесь конденсата парогазовой смеси и оросительной воды от продуктов сгорания топлива. Продукты сгорания по выхлопному газоходу 23 с дымососом сбрасывают в атмосферу.In the steam-gas mixture cooled in the gas-water heater 20 of the recovery boiler 15, cooling water with a temperature of 20-30 ° C. is injected through the irrigation device 21, supplied from the heat use unit 3 of the separated water through the irrigation water pipe 26. Due to this, in the gas cooler-condenser 22 condense the vapor component of the vapor-gas mixture. In the separation device of the gas cooler-condenser 23, a mixture of condensate of the vapor-gas mixture and irrigation water from the fuel combustion products is separated. The products of combustion in the exhaust duct 23 with a smoke exhauster are discharged into the atmosphere.

Сепарированную в сепарационном устройстве газоохладителя - конденсатора 22 воду по трубопроводу 24 подают в бак сепарированной воды 25. Меньшую часть сепарированной воды по трубопроводу питательной воды 27 после ее умягчения и деаэрации в установке 28 подают питательным насосом на вход в водяной экономайзер 19 котла-утилизатора 16 блока 2 утилизации тепла парогазовой смеси.The water separated in the separation device of the gas cooler - condenser 22 is piped 24 to the separated water tank 25. A smaller portion of the separated water is fed through the feed water pipe 27 after it is softened and deaerated in the installation 28 to the inlet of the water economizer 19 of the recovery boiler 16 of the unit 2 heat recovery gas-vapor mixture.

Большую часть сепарированной воды подают на вход в теплонасосную установку 29, в которой ее охлаждают, нагревая в ней сетевую воду. Сетевую воду по трубопроводу 30 подводят в теплонасосную установку 29 из трубопровода обратной линии теплосети 33 и отводят ее по трубопроводу 31 сетевой воды в прямую линию теплосети 32 блока 2 утилизации тепла парогазовой смеси.Most of the separated water is fed to the inlet of the heat pump unit 29, in which it is cooled by heating network water in it. Mains water through a pipeline 30 is supplied to a heat pump installation 29 from a return pipe of a heating network 33 and is withdrawn through a pipeline 31 of network water to a direct heating network 32 of a heat and gas mixture recovery unit 2.

Охлажденную в теплонасосной установке 29 большую часть сепарированной воды по трубопроводу оросительной воды 26 подают в оросительное устройство 21 для впрыска в парогазовую смесь, выходящую из газоводяного подогревателя 20 котла-утилизатора 16 блока 2 утилизации тепла парогазовой смеси.Cooled in the heat pump unit 29, most of the separated water through the irrigation water pipe 26 is supplied to the irrigation device 21 for injection into the gas-vapor mixture exiting the gas-water heater 20 of the recovery boiler 16 of the heat and gas mixture recovery unit 2.

Claims

A gas-steam heat and power plant, comprising a gas-steam turbine unit with a high-pressure gas turbine, connected to a afterburner and a low-pressure gas turbine, a counterpressure steam turbine, the outlet of which is connected by an "ecological" steam pipeline with the output of a high-pressure gas turbine, the heat recovery unit of a gas-vapor mixture with a steam boiler - utilizer, gas-water heater, gas cooler - condenser, heat utilization unit of separated water, characterized in that The turbine unit contains the steam of the “energy” steam, and the unit for utilizing the heat of the separated water contains the tank of the separated water and the heat pump installation, the steam pipe of the “energy” steam being connected to the outlet of the backpressure steam turbine and to the afterburner, and the tank of the separated water is connected to the recovery boiler and connected to a heat pump unit heating the mains water.