RU2373403C1

RU2373403C1 - Electric power station steam-gas unit

Info

Publication number: RU2373403C1
Application number: RU2008109457/06A
Authority: RU
Inventors: Анатолий Александрович Кудинов (RU); Анатолий Александрович Кудинов; Светлана Камиловна Зиганшина (RU); Светлана Камиловна Зиганшина; Максим Александрович Егоров (RU); Максим Александрович Егоров
Priority date: 2008-03-11
Filing date: 2008-03-11
Publication date: 2009-11-20
Also published as: RU2008109457A

Abstract

FIELD: engines and pumps.

SUBSTANCE: invention relates to power engineering. Electric power station steam-gas unit comprises gas turbine plant consisting of gas turbine, turbo compressor, combustion chamber and electric generator, exhaust heat boiler, steam turbine plant consisting of steam turbine with condenser, electric generator and feed pump, exhaust gas waste heat exchanger furnished with condensate tank with hydraulic lock. It incorporates also circulating water supply system comprising circulation pump, pressure pipeline running to steam turbine condenser, pressure pipeline running to exhaust gas waste heat exchanger and drain pipeline running to water-cooling tower, pipeline connecting suction duct of turbo compressor with perforated manifold arranged in exhaust section of water-cooling tower.

EFFECT: higher profitability and specific power of electric power station steam gas plant.

1 dwg

Description

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано на тепловых электрических станциях.The invention relates to energy and can be used at thermal power plants.

Известен аналог - парогазовая установка электростанции (см. Буров В.Д., Дорохов Е.В., Елизаров Д.П.и др. Тепловые электрические станции. М.: Издательство МЭИ, 2005. С.380), содержащая газотурбинную установку, состоящую из газовой турбины, турбокомпрессора, камеры сгорания и электрогенератора, котел-утилизатор, паротурбинную установку, состоящую из паровой турбины с конденсатором, электрического генератора и питательного насоса, теплообменник-утилизатор теплоты уходящих газов, снабженный конденсатосборником с гидрозатвором, систему оборотного водоснабжения, включающую циркуляционный насос, напорный трубопровод к конденсатору паровой турбины и теплообменнику-утилизатору теплоты уходящих газов и сливной напорный трубопровод к градирне, состоящей из вытяжной башни и водосборного бассейна. Данный аналог принят за прототип.A well-known analogue is a combined cycle gas turbine plant installation (see Burov V.D., Dorokhov E.V., Elizarov D.P. et al. Thermal power plants. M.: MEI Publishing House, 2005. P.380), containing a gas turbine installation, consisting of a gas turbine, a turbocharger, a combustion chamber and an electric generator, a waste heat boiler, a steam turbine installation consisting of a steam turbine with a condenser, an electric generator and a feed pump, a waste heat exchanger-heat exchanger equipped with a condensate collector with a water trap, a recirculation system odosnabzheniya comprising a circulation pump, the pressure line to the condenser of a steam turbine and heat-recovery heat exchanger flue gases and drain the pressure line to the tower consisting of the stack and the catchment. This analogue is taken as a prototype.

К причине, препятствующей достижению указанного ниже технического результата при использовании известной парогазовой установки электростанции, принятой за прототип, относится то, что известная парогазовая установка электростанции обладает пониженной экономичностью, так как рабочим телом в турбокомпрессоре является атмосферный воздух, а в газовой турбине - смесь продуктов сгорания органического топлива с воздухом, которые имеют низкие теплофизические свойства. Низкие теплофизические свойства атмосферного воздуха обусловливают повышенный расход энергии на привод турбокомпрессора, а низкие теплофизические свойства смеси продуктов сгорания с воздухом не обеспечивают высокий располагаемый теплоперепад в газовой турбине, что снижает мощность и экономичность парогазовой установки электростанции.The reason that impedes the achievement of the technical result indicated below when using the well-known combined-cycle plant of a power plant adopted as a prototype is that the well-known combined-cycle plant of a power plant has reduced efficiency, since the working fluid in a turbocompressor is atmospheric air, and in a gas turbine a mixture of combustion products fossil fuels with air, which have low thermal properties. The low thermophysical properties of atmospheric air lead to increased energy consumption for the drive of the turbocompressor, and the low thermophysical properties of the mixture of combustion products with air do not provide a high available heat transfer in a gas turbine, which reduces the power and efficiency of the combined cycle plant of the power plant.

Сущность изобретения заключается в следующем. Для повышения мощности и экономичности парогазовой установки электростанции предлагается в вытяжной башне градирни установить перфорированный коллектор для забора воздуха и соединить его трубопроводом с всасывающим коробом турбокомпрессора газотурбинной установки. В этом случае в турбокомпрессор будет подаваться насыщенный водяными парами в вытяжной башне градирне и содержащий капельную влагу атмосферный воздух. Наличие в воздухе водяного пара и капельной влаги, имеющих лучшие теплофизические свойства по сравнению с атмосферным воздухом, позволяет уменьшить работу сжатия в турбокомпрессоре и одновременно повысить тепловую экономичность и удельную мощность газовой турбины. Уменьшение работы сжатия в турбокомпрессоре осуществляется за счет снижения температуры сжимаемого воздуха вследствие испарения капельной влаги, содержащейся во влажном воздухе, отводимом из вытяжной башни градирни. Увеличение удельной мощности газовой турбины обусловливается наличием в продуктах сгорания водяных паров, что приводит к повышению располагаемого теплоперепада в газовой турбине.The invention consists in the following. To increase the power and efficiency of the combined cycle plant of the power plant, it is proposed to install a perforated collector for air intake in the exhaust tower of the cooling tower and connect it with a pipe to the suction duct of the turbocharger of the gas turbine installation. In this case, the cooling tower will be supplied to the turbocharger saturated with water vapor in the exhaust tower and containing droplet moisture atmospheric air. The presence of water vapor and droplet moisture in the air, which have better thermophysical properties compared to atmospheric air, reduces the compression work in the turbocompressor and at the same time increases the thermal efficiency and specific power of the gas turbine. The reduction of the compression work in the turbocharger is achieved by lowering the temperature of the compressed air due to the evaporation of the droplet moisture contained in the moist air discharged from the exhaust tower of the cooling tower. The increase in the specific power of the gas turbine is due to the presence of water vapor in the combustion products, which leads to an increase in the available heat drop in the gas turbine.

Технический результат - повышение экономичности и удельной мощности парогазовой установки электростанции за счет уменьшения работы сжатия в турбокомпрессоре и повышения располагаемого теплоперепада в газовой турбине вследствие улучшения теплофизических свойств рабочего тела в турбокомпрессоре и в газовой турбине.EFFECT: increased efficiency and specific power of a combined cycle plant of a power plant by reducing the compression work in a turbocompressor and increasing the available heat drop in a gas turbine due to the improvement of the thermophysical properties of the working fluid in the turbocompressor and in the gas turbine.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что известная парогазовая установка электростанции содержит газотурбинную установку, состоящую из газовой турбины, турбокомпрессора, камеры сгорания и электрогенератора, котел-утилизатор, паротурбинную установку, состоящую из паровой турбины с конденсатором, электрического генератора и питательного насоса, теплообменник-утилизатор теплоты уходящих газов, снабженный конденсатосборником с гидрозатвором, систему оборотного водоснабжения, включающую циркуляционный насос, напорный трубопровод к конденсатору паровой турбины и теплообменнику-утилизатору теплоты уходящих газов и сливной напорный трубопровод к градирне, состоящей из вытяжной башни и водосборного бассейна. Особенность парогазовой установки электростанции заключается в том, что парогазовая установка электростанции дополнительно снабжена трубопроводом, соединяющим всасывающий короб турбокомпрессора газотурбинной установки с перфорированным коллектором, установленным в вытяжной башне градирни для подачи выходящего из нее насыщенного водяными парами и содержащего капельную влагу воздуха в турбокомпрессор.The specified technical result in the implementation of the invention is achieved by the fact that the well-known combined-cycle plant of a power plant comprises a gas turbine installation consisting of a gas turbine, a turbocompressor, a combustion chamber and an electric generator, a recovery boiler, a steam turbine installation consisting of a steam turbine with a condenser, an electric generator and a feed pump, a waste heat exchanger-heat exchanger equipped with a condensate collector with a water trap, a water recycling system including a cir ulyatsionny pump pressure line to the condenser of a steam turbine and heat-recovery heat exchanger flue gases and drain the pressure line to the tower consisting of the stack and the catchment. A feature of the combined cycle plant of a power plant is that the combined cycle plant of the power plant is additionally equipped with a pipeline connecting the suction duct of the turbocharger of the gas turbine unit with a perforated manifold installed in the exhaust tower of the cooling tower to supply air saturated with water vapor and containing droplet moisture to the turbocharger.

На чертеже представлена схема парогазовой установки электростанции.The drawing shows a diagram of a combined cycle plant of a power plant.

Парогазовая установка электростанции содержит газотурбинную установку, состоящую из газовой турбины 1, турбокомпрессора 2, камеры сгорания 3 и электрогенератора 4, котел-утилизатор 5, паротурбинную установку, состоящую из паровой турбины 6 с конденсатором 7, электрического генератора 8 и питательного насоса 9, теплообменник-утилизатор 10 теплоты уходящих газов, снабженный конденсатосборником 11 с гидрозатвором 12, систему оборотного водоснабжения, включающую циркуляционный насос 13, напорный трубопровод 14 к конденсатору 7 паровой турбины 6, напорный трубопровод 15 к теплообменнику-утилизатору 10 теплоты уходящих газов и сливной напорный трубопровод 16 к градирне, состоящей из вытяжной башни 17 и водосборного бассейна 18, трубопровод 19, соединяющий всасывающий короб турбокомпрессора 2 с перфорированным коллектором 20, установленным в вытяжной башне 17 градирни.The combined cycle plant of a power plant comprises a gas turbine installation consisting of a gas turbine 1, a turbocharger 2, a combustion chamber 3 and an electric generator 4, a waste heat boiler 5, a steam turbine installation consisting of a steam turbine 6 with a condenser 7, an electric generator 8 and a feed pump 9, a heat exchanger a waste heat boiler 10 equipped with a condensate collector 11 with a water trap 12, a water recycling system including a circulation pump 13, a pressure pipe 14 to the condenser 7 of the steam turbine 6, orny conduit 15 to heat exchanger 10 heat-recovery and flue gas discharge pressure conduit 16 to the cooling tower consisting of the stack 17 and the drainage basin 18, conduit 19 connecting the suction duct of the turbocharger 2 from the perforated collector 20 installed in the exhaust tower 17, the tower.

Парогазовая установка электростанции работает следующим образом.Combined cycle power plant works as follows.

В вытяжную башню 17 градирни по сливному напорному трубопроводу 16 подается подогретая циркуляционная вода. Навстречу потоку воды движется холодный атмосферный воздух. В процессе непосредственного контакта теплоносителей осуществляется тепло- и массообмен между водой и воздухом: вода охлаждается, а воздух подогревается и насыщается водяными парами. При этом в воздухе будет содержаться и капельная влага вследствие ее механического уноса в процессе противоточного движения теплоносителей в вытяжной башне 17 градирни. Насыщенный водяными парами и содержащий капельную влагу воздух по трубопроводу 19 подается в турбокомпрессор 2. В турбокомпрессоре 2 в результате процесса сжатия, сопровождающегося повышением температуры, будет осуществляться испарение капельной влаги в воздух, что приведет к снижению его температуры и работы, затрачиваемой на сжатие воздуха в турбокомпрессоре 2.Heated circulating water is supplied to the exhaust tower 17 of the cooling tower via a discharge pressure pipe 16. Cold atmospheric air moves towards the stream of water. In the process of direct contact of heat carriers, heat and mass transfer between water and air is carried out: the water is cooled, and the air is heated and saturated with water vapor. At the same time, droplet moisture will also be contained in the air due to its mechanical entrainment during countercurrent movement of heat carriers in the exhaust tower 17 of the cooling tower. Saturated with water vapor and containing droplet moisture, air is supplied through a pipe 19 to a turbocompressor 2. In a turbocompressor 2, as a result of the compression process, accompanied by an increase in temperature, the droplet moisture will evaporate into the air, which will lead to a decrease in its temperature and the work required to compress the air in turbocharger 2.

Паровоздушная смесь из турбокомпрессора 2 подается в камеру сгорания 3 для осуществления процесса горения топлива. Образовавшаяся в результате сгорания топлива газопаровая смесь поступает в газовую турбину 1. В газовой турбине 1 совершается полезная работа газотурбинного цикла, которая затрачивается на привод турбокомпрессора 2 и электрогенератора 4. Отработавшая в газовой турбине 1 газопаровая смесь поступает в котел-утилизатор 5, где генерируется пар высоких параметров, который направляется в паровую турбину 6.The steam-air mixture from the turbocharger 2 is fed into the combustion chamber 3 for the implementation of the fuel combustion process. The gas-vapor mixture formed as a result of fuel combustion enters the gas turbine 1. In the gas turbine 1, the gas-turbine cycle performs useful work, which is expended on the drive of the turbocompressor 2 and the electric generator 4. The gas-vapor mixture that was spent in the gas turbine 1 enters the waste heat boiler 5, where steam is generated high parameters, which is sent to the steam turbine 6.

В паровой турбине 6 в процессе расширения пара совершается полезная работа паротурбинного цикла, затрачиваемая на привод электрического генератора 8. Отработавший в паровой турбине пар поступает в конденсатор 7, в котором конденсируется за счет охлаждения циркуляционной водой, подаваемой по напорному трубопроводу 14 циркуляционным насосом 13 из водосборного бассейна 18 градирни. Подогретая в конденсаторе 7 циркуляционная вода по сливному напорному трубопроводу 16 подается в вытяжную башню 17 градирни, где охлаждается атмосферным воздухом в процессе тепло- и массообмена при непосредственном контакте с ним и стекает в водосборный бассейн 18. Конденсат отработавшего в турбине пара питательным насосом 9 подается в котел-утилизатор 5.In the steam turbine 6, in the process of steam expansion, the useful work of the steam turbine cycle is performed, which is spent on driving the electric generator 8. The steam that has worked in the steam turbine enters the condenser 7, in which it condenses due to cooling by the circulating water supplied through the pressure pipe 14 by the circulation pump 13 from the catchment basin 18 cooling towers. The circulation water heated in the condenser 7 is fed through the drain pressure pipe 16 to the exhaust tower 17 of the cooling tower, where it is cooled by atmospheric air during heat and mass transfer upon direct contact with it and flows into the drainage basin 18. The condensate of the steam spent in the turbine is fed by the feed pump 9 to the waste heat boiler 5.

Уходящие газы после котла-утилизатора 5 поступают в теплообменник-утилизатор 10, где охлаждаются до температуры ниже точки росы циркуляционной водой, подаваемой циркуляционным насосом 13 по напорному трубопроводу 15. При этом водяной пар, содержащийся в уходящих газах в перегретом состоянии, конденсируется. Конденсат водяных паров, выделяющийся из продуктов сгорания в процессе их охлаждения ниже точки росы, стекает в конденсатосборник 11 и через гидрозатвор 12 направляется в бак чистых стоков (не показан). Уходящие газы после теплообменника-утилизатора 10 теплоты уходящих газов через дымовую трубу (не показана) отводятся в атмосферу.The flue gases after the waste heat boiler 5 enter the heat exchanger-heat exchanger 10, where they are cooled to a temperature below the dew point by the circulation water supplied by the circulation pump 13 via the pressure pipe 15. In this case, the water vapor contained in the flue gases in an overheated state condenses. Condensate of water vapor released from the combustion products during their cooling below the dew point flows into the condensate collector 11 and is sent through a water trap 12 to the clean wastewater tank (not shown). The flue gases after the heat exchanger-utilizer 10 of the heat of the flue gases through a chimney (not shown) are discharged into the atmosphere.

Таким образом, снабжение парогазовой установки электростанции трубопроводом, соединяющим всасывающий короб турбокомпрессора газотурбинной установки с перфорированным коллектором, установленным в вытяжной башне градирни, и подача выходящего из нее насыщенного водяными парами и содержащего капельную влагу воздуха в турбокомпрессор, позволяют улучшить теплофизические свойства рабочего тела в турбокомпрессоре и в газовой турбине и повысить экономичность и мощность парогазовой установки электростанции за счет уменьшения работы сжатия в турбокомпрессоре и повышения располагаемого теплоперепада в газовой турбине. Кроме того, подача в камеру сгорания газотурбинной установки увлажненного воздуха уменьшает концентрацию оксидов азота в продуктах сгорания и количество вредных выбросов в атмосферу и увеличивает срок службы высоконапряженных элементов газотурбинной установки за счет снижения температуры газов в камере сгорания.Thus, supplying a combined cycle plant of a power plant with a pipeline connecting the suction duct of a turbocompressor of a gas turbine unit with a perforated collector installed in the exhaust tower of the cooling tower, and supplying air saturated with water vapor and containing droplet moisture to the turbocompressor, can improve the thermophysical properties of the working fluid and the turbocompressor in a gas turbine and increase the efficiency and power of the combined cycle plant of a power plant by reducing the work of compressed I'm in the turbocharger and increasing disposable heat drop in the gas turbine. In addition, the supply of humidified air to the combustion chamber of a gas turbine installation reduces the concentration of nitrogen oxides in the combustion products and the amount of harmful emissions into the atmosphere and increases the service life of highly stressed elements of a gas turbine installation by lowering the temperature of the gases in the combustion chamber.

Claims

Combined cycle gas turbine unit of a power plant comprising a gas turbine unit consisting of a gas turbine, a turbocompressor, a combustion chamber and an electric generator, a waste heat boiler, a steam turbine unit consisting of a steam turbine with a condenser, an electric generator and a feed pump, a waste heat exchanger-heat exchanger equipped with a condensate collector with a water seal, a water recycling system, including a circulation pump, a pressure pipe to the steam turbine condenser and a heat exchanger the flue gas heat exchanger and the discharge pressure pipe to the cooling tower, consisting of an exhaust tower and a catchment basin, characterized in that the combined-cycle plant of the power plant is additionally equipped with a pipeline connecting the suction duct of the turbocharger of the gas turbine installation with a perforated manifold installed in the exhaust tower of the cooling tower for supplying the outlet saturated with water vapor and containing droplet moisture in the air turbocharger.