RU2277639C1

RU2277639C1 - Method of operation of steam turbine thermoelectric plant with gas-turbine set

Info

Publication number: RU2277639C1
Application number: RU2005115338/06A
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: 2005-05-23
Filing date: 2005-05-23
Publication date: 2006-06-10

Abstract

FIELD: power engineering.

SUBSTANCE: invention relates to methods of modernization of existing steam turbine thermoelectric plants. Proposed method of operation of steam-turbine thermoelectric plant with-turbine set with stepped expansion of combustion products and intermediate supply of heat of fuel comes to the following: heat of combustion products expanded in gas-turbine unit is recovered, high-pressure steam is generated and expanded in steam turbines of thermoelectric plants. To generate high pressure steam, feed water is used deaerated in thermoelectric plant. Said feed water is deaerated additionally by vacuum method. Steam condensate of steam turbines of thermoelectric plant is divided into two flows, one of which is directed for vacuum deaeration and the other is heated in low-pressure heaters of steam turbines, is deaerated at elevated pressure and is used as heating agent for vacuum deaeration of feed water.

EFFECT: increased power output and economy of thermoelectric plant at moderate capital outlays.

2 dwg

Description

Способ работы паротурбинной теплоэлектроцентрали с газотурбинной установкой относится к области энергетики, а точнее к способам модернизации существующих паротурбинных теплоэлектроцентралей.The method of operation of a steam turbine cogeneration plant with a gas turbine installation relates to the field of energy, and more specifically to methods of modernization of existing steam turbine cogeneration plants.

Известен способ работы паротурбинной теплоэлектроцентрали, надстроенной энергетическим газотурбинным блоком, согласно которому теплоту сбросных газов газотурбинной установки используют в паровом котле-утилизаторе для генерации пара двух давлений. Пар высокого давления из котла-утилизатора подают в теплофикационную паровую турбину теплоэлектроцентрали, имеющую пониженные, относительно стандартных, начальные параметры пара. Пар из теплофикационных отборов турбины используют для покрытия тепловых нагрузок потребителей. Пар низкого давления из котла-утилизатора направляют для деаэрации питательной воды (Доклад Г.Г.Ольховского и П.А.Березинца «Техническое перевооружение газомазутных ТЭЦ с использованием газотурбинных и парогазовых технологий» на международной конференции «Эффективное оборудование и новые технологии - в российскую тепловую энергетику» - «Энерго-пресс» №2 (372, 11.01.02 г.)).There is a known method of operation of a steam turbine cogeneration plant built on with an energy gas turbine unit, according to which the heat of waste gases from a gas turbine plant is used in a steam recovery boiler to generate two-pressure steam. High-pressure steam from the recovery boiler is fed to the cogeneration steam turbine of the combined heat and power plant, which has lower initial parameters of the steam relative to standard. The steam from the heat recovery turbine is used to cover the thermal loads of consumers. Low-pressure steam from the recovery boiler is sent for deaeration of feed water (Report by G.G. Olkhovsky and P.A. Berezinets “Technical re-equipment of gas-oil thermal power plants using gas-turbine and gas-vapor technologies” at the international conference “Effective equipment and new technologies - to the Russian thermal energy industry ”-“ Energo-press ”No. 2 (372, January 11, 02)).

При данном способе работы теплофикационной парогазовой установки необходимо применение котла-утилизатора с циклом двух давлений пара и специальной паровой турбины, имеющей более низкие начальные параметры пара (7-8 МПа, 480-510°С), чем стандартные (13 МПа, 555°С) параметры пара действующих паротурбинных ТЭЦ.With this method of operation of a combined cycle gas and steam plant, it is necessary to use a recovery boiler with a cycle of two steam pressures and a special steam turbine having lower initial steam parameters (7-8 MPa, 480-510 ° С) than standard ones (13 MPa, 555 ° С ) steam parameters of existing steam turbine thermal power plants.

Наиболее близким по технической сути является способ парогазовой установки с параллельной схемой работы на докритических параметрах пара (См. журнал Газотурбинные технологии, май-июнь 2003 г., стр.2-4, статья С.Цанева, В.Бурова, М.Соколова «Парогазовые установки с параллельной схемой работы на докритических параметрах пара»).The closest in technical essence is the method of a combined-cycle plant with a parallel circuit operating on subcritical parameters of steam (See Journal of Gas Turbine Technologies, May-June 2003, pp. 2-4, article by S. Tsanev, V. Burov, M. Sokolova “ Combined cycle plants with a parallel circuit operating on subcritical parameters of steam ”).

Данная парогазовая установка предназначена для технического перевооружения действующих паротурбинных установок, в том числе и теплофикационного типа, устанавливаемых на теплоэлектростанциях. Применение ее для технического перевооружения существующих низко экономичных паротурбинных электростанций актуально, как эффективное средство значительного улучшения показателей их тепловой экономичности и экологичности.This combined cycle plant is designed for the technical re-equipment of existing steam turbine installations, including the heating type, installed at thermal power plants. Its use for the technical re-equipment of existing low-cost steam turbine power plants is relevant as an effective means of significantly improving their thermal efficiency and environmental friendliness.

В то же время их применение возможно для сочетания газотурбинной установки с котлом-утилизатором и пылеугольной паротурбинной тепловой электростанцией.At the same time, their use is possible for combining a gas turbine installation with a recovery boiler and a pulverized coal steam turbine thermal power plant.

В данной установке в парогенераторе вырабатывают пар стандартных параметров, подают в главный паропровод базовой паротурбинной установки. При этом в котел-утилизатор подают питательную воду из базовой паротурбинной установи с высоким давлением и температурой, что приводит к повышенным температурам после паровой части котла-утилизатора, снижению его КПДIn this installation, steam of standard parameters is generated in the steam generator, fed to the main steam line of the base steam turbine installation. At the same time, feed water is supplied to the recovery boiler from the base steam turbine unit with high pressure and temperature, which leads to elevated temperatures after the steam part of the recovery boiler, and a decrease in its efficiency

Задачей предлагаемого технического решения является разработка способа работы теплоэлектроцентрали с энергетическим газотурбинным блоком, позволяющего обеспечить повышение мощности и экономичности теплоэлектроцентрали при умеренных капитальных затратах.The objective of the proposed technical solution is to develop a method of operating a combined heat and power plant with an energy gas turbine unit, which allows to increase the power and efficiency of a combined heat and power plant with moderate capital costs.

Поставленная задача решается за счет способа работы паротурбинной теплоэлектроцентрали с газотурбинной установкой со ступенчатым расширением продуктов сгорания и промежуточным подводом тепла топлива, согласно которому утилизируют теплоту расширившихся в газотурбинном блоке продуктов сгорания, генерируют пар высокого давления и расширяют его в паровых турбинах теплоэлектроцентрали, для выработки пара высокого давления используют питательную воду, деаэрированную в теплоэлектроцентрали, при этом питательную воду дополнительно деаэрируют вакуумным способом, конденсат пара паровых турбин теплоэлектроцентрали делят на два потока, один направляют непосредственно на вакуумную деаэрацию, а второй подогревают в подогревателях низкого давления паровых турбин, деаэрируют при повышенном давлении и применяют ее в качестве греющего агента для вакуумной деаэрации питательной воды.The problem is solved by the method of operation of a steam turbine cogeneration plant with a gas turbine installation with stepwise expansion of the combustion products and an intermediate supply of fuel heat, according to which the heat of the combustion products expanded in the gas turbine unit is utilized, high pressure steam is generated and expanded in steam turbines of the cogeneration plant to generate high steam pressures use feed water deaerated in the cogeneration plant, while feed water is additionally dea they emulate in a vacuum way, the steam condensate of steam turbines is divided into two flows, the one is sent directly to vacuum deaeration, and the second is heated in low-pressure heaters of steam turbines, deaerated at elevated pressure and used as a heating agent for vacuum deaeration of feed water.

Дополнительная вакуумная деаэрация питательной воды при температуре порядка 50-60°С позволяет увеличить генерацию пара высокого давления в котле-утилизаторе, далее расширяемого в паровых турбинах теплоэлектроцентрали, повысить КПД парового котла-утилизатора и тепловую экономичность теплоэлектроцентрали.Additional vacuum deaeration of feed water at a temperature of the order of 50-60 ° C allows to increase the generation of high pressure steam in the recovery boiler, further expanding in steam turbines of the heat and power plant, increase the efficiency of the steam boiler and heat recovery of the heat and power plant.

Разделение конденсата пара паровых турбин теплоэлектроцентрали на два потока, один из которых подогревают в подогревателях низкого давления паровых турбин, деаэрируют при повышенном давлении и используют в качестве греющего агента для вакуумной деаэрации питательной воды, позволяет в теплоэлектроцентрали увеличить выработку электроэнергии на тепловом потреблении и повысить ее тепловую экономичность.Separation of steam condensate from steam turbines of a cogeneration plant into two streams, one of which is heated in low-pressure heaters of steam turbines, deaerated at elevated pressure and used as a heating agent for vacuum deaeration of feed water, allows the cogeneration plant to increase the generation of electricity from heat consumption and increase its heat consumption profitability.

Уменьшение температуры газа на выходе из парового котла-утилизатора за счет снижения температуры питательной воды при ее вакуумной деаэрации до 50-60°С позволяет снизить тепловую мощность газоводяного подогревателя в котле-утилизаторе, за счет чего имеется возможность уменьшить вытеснение нагрузки теплофикационных отборов паровых турбин базовой теплоэлектроцентрали при подогреве сетевой воды теплосети в газоводяном подогревателе котла-утилизатора, повысить электрическую мощность и тепловую экономичность модернизируемой теплоэлектроцентрали.Reducing the temperature of the gas leaving the steam recovery boiler by lowering the temperature of the feed water during its vacuum deaeration to 50-60 ° C reduces the thermal power of the gas-water heater in the recovery boiler, due to which it is possible to reduce the displacement of the load of the heat recovery taps of the steam turbines of the base combined heat and power plants when heating network water of the heating system in the gas-water heater of the recovery boiler, to increase electric power and thermal efficiency of the modernized heat tcentral.

На чертежах, поясняющих предлагаемый способ, на фиг.1 показана блок-схема паротурбинной теплоэлектроцентрали надстроенной энергетическим газотурбинным блоком, на фиг.2 приведена принципиальная схема.In the drawings explaining the proposed method, Fig. 1 shows a block diagram of a steam turbine heat and power plant with a superstructured gas turbine unit, and Fig. 2 shows a schematic diagram.

Блок-схема на фиг.1 состоит из трех блоков: теплоэлектроцентрали 1, энергетического газотурбинного блока 2, блока утилизации тепла газотурбинной установки 3.The block diagram of figure 1 consists of three blocks: cogeneration plant 1, power gas turbine unit 2, heat recovery unit gas turbine installation 3.

На фиг.2 показана принципиальная схема теплоэлектроцентрали надстроенной энергетическим газотурбинным блоком.Figure 2 shows a schematic diagram of a combined heat and power plant built-in power gas turbine unit.

Теплоэлектроцентраль 1 включает: главный паропровод 17, теплофикационную паровую турбину 18, электрогенератор 19, паровой котел 20, деаэратор высокого давления 21, регенеративные подогреватели низкого давления 22, трубопровод прямой 23 и трубопровод 24 обратной сетевой воды, трубопровод основного конденсата 25, вакуумный деаэратор 26, трубопровод подогретого конденсата 27, питательный насос 28, трубопровод питательной воды 29, трубопроводы охлажденной 30 и подогретой 31 сетевой воды.The cogeneration plant 1 includes: a main steam line 17, a cogeneration steam turbine 18, an electric generator 19, a steam boiler 20, a high pressure deaerator 21, low pressure regenerative heaters 22, a direct 23 pipe and a return network water pipe 24, a main condensate pipe 25, a vacuum deaerator 26, heated condensate pipe 27, feed pump 28, feed water pipe 29, chilled 30 pipes and heated main water 31.

Энергетический газотурбинный блок 2 включает: воздушный компрессор 4, камеру сгорания высокого давления 5, газовую турбину высокого давления 6, камеру сгорания низкого давления 7, газовую турбину низкого давления 8, электрогенератор 9, выхлопной газопровод 10.An energy gas turbine unit 2 includes: an air compressor 4, a high pressure combustion chamber 5, a high pressure gas turbine 6, a low pressure combustion chamber 7, a low pressure gas turbine 8, an electric generator 9, an exhaust gas pipeline 10.

Блок утилизации тепла газотурбинной установки 3 включает: котел-утилизатор 11, содержащий пароперегреватель 12, испаритель и водяной экономайзер 14, газоводяной подогреватель 15, паропровод высокого давления 13, выхлопной газоход 16.The heat recovery unit of a gas turbine installation 3 includes: a waste heat boiler 11 comprising a superheater 12, an evaporator and a water economizer 14, a gas-water heater 15, a high pressure steam pipe 13, an exhaust duct 16.

Предлагаемый способ работы теплоэлектроцентрали с газотурбинной установкой со ступенчатым расширением продуктов сгорания и промежуточным подводом тепла осуществляют следующим образом.The proposed method of operation of a combined heat and power plant with a gas turbine unit with stepwise expansion of the combustion products and intermediate heat supply is as follows.

Перегретый пар высокого давления вырабатывают в котлоагрегате 20 теплоэлектроцентрали 1, по главному паропроводу 17 подводят и расширяют его в теплофикационной паровой турбине 18, полезную работу паровой турбины 18 используют для выработки электроэнергии в электрогенераторе 19. В деаэраторе высокого давления 21 деаэрируют питательную воду и подают ее часть в котельный агрегат 20. Конденсат пара паровых турбин 18 теплоэлектроцентрали разделяют на две части. Первую часть этого потока через регенеративные подогреватели низкого давления 22 подают в деаэратор высокого давления 21. Вторую его часть по трубопроводу основного конденсата 25 подают на вход в вакуумный деаэратор 26. В качестве греющего потока в вакуумном деаэраторе 26 используют деаэрированную воду, поступающую из деаэратора высокого давления 21 по трубопроводу подогретого конденсата 27. Деаэрированную воду из вакуумного деаэратора 26, имеющую температуру порядка 50-60°С, с помощью питательного насоса 28 подают по трубопроводу питательной воды 29 в водяной экономайзер 14 котла-утилизатора 11 блока утилизации тепла газотурбинной установки 3.Superheated high pressure steam is generated in the boiler unit 20 of the heat and power plant 1, it is supplied and expanded through the main steam line 17 in the heating steam turbine 18, the useful work of the steam turbine 18 is used to generate electricity in the electric generator 19. In the high pressure deaerator 21, feed water is deaerated and part of it is supplied into the boiler unit 20. The condensate of the steam of steam turbines 18 of the combined heat and power plant is divided into two parts. The first part of this flow through regenerative low pressure heaters 22 is fed to a high pressure deaerator 21. Its second part is supplied through the main condensate pipe 25 to the inlet of the vacuum deaerator 26. Deaerated water coming from the high pressure deaerator is used as a heating stream in the vacuum deaerator 26 21 through a heated condensate pipe 27. Deaerated water from a vacuum deaerator 26, having a temperature of about 50-60 ° C., is fed via a feed pump 28 through a feed pipe to rows 29, 14 in a water economizer heat recovery boiler 11 heat utilization unit 3, the gas turbine plant.

Часть обратной сетевой воды теплоэлектроцентрали из трубопровода обратной сетевой воды 24 по трубопроводу охлажденной сетевой воды 30 подают в газоводяной подогреватель 15 блока утилизации тепла газотурбинной установки 3, подогревают ее и по трубопроводу подогретой сетевой воды 31 подводят в трубопровод прямой сетевой воды 23 теплоэлектроцентрали 1. Перегретый в пароперегревателе 12 котла-утилизатора 11 пар высокого давления по паропроводу высокого давления 13 направляют в главный паропровод 17 теплоэлектроцентравли 1. Охлажденные продукты сгорания из котла-утилизатора 11 по выхлопному газоходу 16 отводят в атмосферу.A part of the return network water of the heating and power plants from the return network water pipe 24 is fed into the gas-water heater 15 of the heat recovery unit of the gas turbine unit 3 via the cooled network water pipe 30, it is heated and fed through the heated network water pipe 31 to the direct network water pipe 23 of the heat and power plant 1. Overheated in the superheater 12 of the recovery boiler 11 high pressure steam through the high pressure steam line 13 is sent to the main steam line 17 thermoelectric centrifuges 1. Chilled products with Gorania from the waste heat boiler 11 through the exhaust gas duct 16 is discharged into the atmosphere.

В компрессоре 4 энергетического газотурбинного блока 2 сжимают атмосферный воздух, направляют его в камеру сгорания высокого давления 5 и сжигают в нем подводимое топливо. Продукты сгорания топлива последовательно ступенчато расширяют в газовых турбинах высокого 6 и низкого давления 8. 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 в камеру сгорания низкого давления 7, подводят дополнительное тепло топлива и расширяют их в газовой турбине низкого давления 8, которую используют для привода электрогенератора 19 и выработки электроэнергии. Продукты сгорания, расширившиеся в газовой турбине низкого давления 8, по выхлопному газопроводу 10 подают в котел-утилизатор 11 блока утилизации теплоты парогазовой смеси 3.In the compressor 4 of the energy gas turbine unit 2, atmospheric air is compressed, it is sent to the high pressure combustion chamber 5 and the supplied fuel is burned in it. The combustion products of the fuel are sequentially expanded stepwise in high-pressure and low-pressure gas turbines 8. The useful work of the high-pressure gas turbines 6 is used to compress the air in the compressor 4. The fuel combustion products spent in the high-pressure gas turbine 6 into the low-pressure combustion chamber 7, add additional fuel heat and expand them in a low pressure gas turbine 8, which is used to drive the electric generator 19 and generate electricity. Combustion products expanded in a low-pressure gas turbine 8 are fed through an exhaust gas pipeline 10 to a waste heat boiler 11 of the heat recovery unit of a gas-vapor mixture 3.

Теплоту продуктов сгорания утилизируют для выработки перегретого пара высокого давления в парогенераторе 11 и для подогрева сетевой воды теплосети в газоводяном подогревателе 15.The heat of the combustion products is utilized to generate superheated high-pressure steam in the steam generator 11 and for heating the heating network water in the gas-water heater 15.

Предлагаемый способ работы теплоэлектроцентрали, надстроенной энергетическим газотурбинным блоком, имеет преимущества как перед известными аналогами, так и перед прототипом и обеспечивает повышение мощности, тепловой экономичности и снижение затрат в модернизацию теплоэлектроцентрали.The proposed method of operation of the combined heat and power plant, built-in power gas turbine unit, has advantages both over the known analogues and over the prototype and provides increased power, thermal efficiency and reduced costs in upgrading the combined heat and power plant.

Claims

The method of operation of a steam turbine cogeneration plant with a gas turbine installation with stepwise expansion of the combustion products and an intermediate supply of fuel heat, according to which the heat of the combustion products expanded in the gas turbine unit is utilized, high pressure steam is generated and expanded in the steam turbines of the cogeneration plant, feed water is used to generate high pressure steam, deaerated in the cogeneration plant, while the feed water is additionally deaerated in a vacuum way, condensate a pair of steam turbines is combined with two heat streams, one is sent directly to vacuum deaeration, and the second is heated in low-pressure heaters of steam turbines, deaerated at high pressure and used as a heating agent for vacuum deaeration of feed water