RU2482292C2

RU2482292C2 - Power plant steam-gas unit

Info

Publication number: RU2482292C2
Application number: RU2011117872/06A
Authority: RU
Inventors: Анатолий Александрович Кудинов; Светлана Камиловна Зиганшина; Анастасия Сергеевна Сергеева; Сергей Петрович Горланов
Priority date: 2011-05-04
Filing date: 2011-05-04
Publication date: 2013-05-20
Also published as: RU2011117872A

Abstract

FIELD: power engineering.

SUBSTANCE: steam-gas unit of a power plant comprises a gas turbine unit made of a gas turbine, a turbocompressor, a combustion chamber and a power generator, an exhaust heat boiler, a steam turbine plant, comprising a steam turbine with a condenser, a power generator and a feed pump, a heat exchanger - an effluent gas heat recovery unit, equipped with a condensate collector with a hydraulic lock, a system of recirculated water system, comprising a circulation pump, a discharge pipeline to a condenser of a steam turbine, a discharge pipeline to a heat exchanger - an effluent gas heat recovery unit and a drain discharge pipeline to a cooling tower, comprising an exhaust power and a water-collecting pool, a pipeline connecting the suction box of the gas turbine plant turbocompressor with the nozzle of water vapour spent in the steam turbine and containing drop moisture, for its supply into the air flow arriving into the turbocompressor.

EFFECT: invention makes it possible to increase reliability of operation and cost effectiveness of a steam-gas unit of a power 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. патент РФ №2373403, БИ №32, 2009), 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, напорный трубопровод к теплообменнику - утилизатору теплоты уходящих газов и сливной напорный трубопровод к градирне, состоящей из вытяжной башни и водосборного бассейна. Данный аналог принят за прототип.A known analogue is a combined-cycle plant of a power plant (see RF patent No. 2373403, BI No. 32, 2009) containing a gas turbine installation consisting of a gas turbine, a turbocompressor, 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 heat exchanger - a waste gas heat exchanger equipped with a condensate collector with a water lock, a water recycling system including a circulation pump, a pressure pipe to steam turbine condenser, pressure pipe to the heat exchanger - exhaust gas heat recovery unit and a discharge pressure pipe to the cooling tower, consisting of an exhaust tower and a drainage basin. 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 надежностью работы и экономичностью, так как рабочим телом в турбокомпрессоре является насыщенный водяными парами в вытяжной башне градирни и содержащий капельную влагу атмосферный воздух. Наличие в воздухе капелек циркуляционной воды, содержащей соли жесткости и механические примеси, обусловливает отложение солей и накипи на лопатках турбокомпрессора, что снижает надежность работы и экономичность турбокомпрессора и 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 reliability and efficiency, since the working fluid in the turbocharger is saturated with water vapor in the exhaust tower of the cooling tower and atmospheric air containing dropping moisture. The presence of droplets of circulating water in the air containing hardness salts and mechanical impurities causes the deposition of salts and scale on the blades of the turbocharger, which reduces the reliability and efficiency of the turbocharger and combined cycle plant of the power plant.

Сущность изобретения заключается в следующем. Для повышения надежности работы и экономичности парогазовой установки электростанции предлагается всасывающий короб турбокомпрессора газотурбинной установки соединить трубопроводом с патрубком отбора отработавшего в паровой турбине водяного пара для подачи отработавшего в паровой турбине и содержащего капельную влагу водяного пара в поток воздуха, поступающего в турбокомпрессор, с целью образования паровоздушной смеси и подачи ее в турбокомпрессор. Капельная влага, содержащаяся в водяном паре, является обессоленной водой, что исключает выпадение солей и других примесей на лопатках турбокомпрессора, повышает надежность работы турбокомпрессора и парогазовой установки электростанции. Кроме того, паровоздушная смесь имеет лучшие теплофизические свойства по сравнению с атмосферным воздухом, что позволяет уменьшить работу сжатия в турбокомпрессоре и одновременно повысить тепловую экономичность и удельную мощность газовой турбины. Уменьшение работы сжатия в турбокомпрессоре дополнительно осуществляется и за счет снижения температуры сжимаемой паровоздушной смеси вследствие испарения капельной влаги, содержащейся в паровоздушной смеси, образующейся после смешения атмосферного воздуха с отработавшим в паровой турбине водяным паром. 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 reliability and efficiency of the combined cycle plant of a power plant, it is proposed to connect the suction duct of the turbocompressor of the gas turbine installation with a pipe to the branch pipe for extracting the steam that has been exhausted in the steam turbine to supply the spent steam in the steam turbine and containing droplet moisture to the air stream entering the turbocompressor to form a steam-air mixture and feeding it to the turbocharger. The droplet moisture contained in the water vapor is desalted water, which eliminates the precipitation of salts and other impurities on the blades of the turbocharger, increases the reliability of the turbocharger and combined-cycle plant of the power plant. In addition, the vapor-air mixture has better thermophysical properties compared to atmospheric air, which 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 additionally carried out by lowering the temperature of the compressible vapor-air mixture due to the evaporation of the droplet moisture contained in the vapor-air mixture formed after mixing the atmospheric air with the steam that has been exhausted in the steam turbine. 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 надежности работы и экономичности парогазовой установки электростанции путем снижения работы сжатия в турбокомпрессоре и повышения располагаемого теплоперепада в газовой турбине за счет подачи отработавшего в паровой турбине и содержащего капельную влагу водяного пара в поток воздуха, поступающего в турбокомпрессор.The technical result is an increase in the reliability and efficiency 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 by supplying spent steam in the steam turbine and containing droplet moisture to the air stream entering the turbocompressor.

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, напорный трубопровод к 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 патрубком отбора отработавшего в паровой турбине и содержащего капельную влагу водяного пара, для подачи его в поток воздуха, поступающего 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, heat exchanger - a waste gas heat utilizer equipped with a condensate collector with a water trap, a water recycling system, including qi kulyatsionny pump pressure line to the condenser of the steam turbine, the pressure line to the heat exchanger - the heat exchanger is flue gas 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 box of the turbocompressor of the gas turbine unit to the nozzle for the selection of water vapor spent in the steam turbine and containing droplet moisture to supply it to the air stream entering 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 10 - утилизатор 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 10 - утилизатору 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 газотурбинной установки с патрубком отбора отработавшего в паровой турбине 6 и содержащего капельную влагу водяного пара, для подачи его в поток воздуха, поступающего в турбокомпрессор 2.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 10 - a waste gas heat utilizer 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 a condenser 7 of a steam turbine 6, n a pore pipe 15 to a heat exchanger 10 - a waste gas heat utilizer and a discharge pressure pipe 16 to a cooling tower consisting of an exhaust tower 17 and a catchment basin 18, a pipe 19 connecting a suction duct of a turbocompressor 2 of a gas turbine installation with a sampling pipe of a spent in a steam turbine 6 and containing a drip moisture of water vapor, for supplying it to the stream of air entering the turbocharger 2.

Парогазовая установка электростанции работает следующим образом.Combined-cycle plant of a power plant operates as follows.

Во всасывающий короб турбокомпрессора 2 поступает атмосферный воздух и одновременно подается отработавший в паровой турбине 6 и содержащий капельную влагу водяной пар. Получается паровоздушная смесь, которая подается в турбокомпрессор 2. Подача в турбокомпрессор паровоздушной смеси приводит к снижению работы, затрачиваемой на сжатие паровоздушной смеси, за счет лучших теплофизических свойств паровоздушной смеси по сравнению с теплофизическими свойствами атмосферного воздуха. Кроме того, в турбокомпрессоре 2 в результате процесса сжатия, сопровождающегося повышением температуры, будет осуществляться испарение капельной влаги в паровоздушную смесь, что приведет к снижению ее температуры и к дополнительному снижению работы, затрачиваемой на сжатие паровоздушной смеси в турбокомпрессоре 2.Atmospheric air enters the suction box of the turbocompressor 2 and at the same time the water vapor that has been used in the steam turbine 6 and is supplied with drip moisture is supplied. The result is a steam-air mixture, which is fed to a turbocompressor 2. The supply of a steam-air mixture to a turbocompressor reduces the work required to compress the steam-air mixture due to the better thermophysical properties of the steam-air mixture in comparison with the thermophysical properties of atmospheric air. In addition, in the turbocharger 2 as a result of the compression process, accompanied by an increase in temperature, the droplet moisture will evaporate into the steam-air mixture, which will lead to a decrease in its temperature and to an additional decrease in the work required to compress the steam-air mixture in the 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.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 useful work of the gas-turbine cycle is performed, which is expended on the drive of the turbocompressor 2 and the electric generator 4.

Отработавшая в газовой турбине 1 газопаровая смесь поступает в котел-утилизатор 5, где генерируется водяной пар, который направляется в паровую турбину 6. В паровой турбине 6 в процессе расширения пара совершается полезная работа паротурбинного цикла, затрачиваемая на привод электрического генератора 8. Отработавший в паровой турбине 6 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 и стекает в водосборный бассейн 18. Конденсат отработавшего в паровой турбине водяного пара питательным насосом 9 направляется в котел-утилизатор 5.The gas-steam mixture spent in the gas turbine 1 enters the waste heat boiler 5, where water steam is generated, which is sent to the steam turbine 6. In the steam turbine 6, in the process of expanding the steam, the useful work of the steam turbine cycle is spent on driving the electric generator 8. Used in the steam the steam turbine 6 enters the condenser 7, in which it condenses due to cooling by the circulation water supplied through the pressure pipe 14 by the circulation pump 13 from the catchment basin 18 of the cooling tower. The circulating water heated in the condenser 7 is fed through the discharge pressure pipe 16 to the exhaust tower 17 of the cooling tower, where it is cooled by atmospheric air during heat and mass transfer during direct contact and flows into the catchment basin 18. The condensate of the water vapor spent in the steam turbine is sent by the feed pump 9 to waste heat boiler 5.

Газопаровая смесь после котла-утилизатора 5 поступает в теплообменник 10, где охлаждается до температуры ниже точки росы циркуляционной водой, подаваемой циркуляционным насосом 13 по напорному трубопроводу 15. При этом водяной пар, содержащийся в газопаровой смеси в перегретом состоянии, конденсируется. Конденсат водяных паров, выделяющийся из газопаровой смеси в процессе ее охлаждения ниже точки росы, стекает в конденсатосборник 11 и через гидрозатвор 12 направляется в бак чистых стоков (не показан). Уходящие газы после теплообменника 10 - утилизатора теплоты уходящих газов через дымовую трубу (не показана) отводятся в атмосферу.The gas-steam mixture after the recovery boiler 5 enters the heat exchanger 10, where it is 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 gas-vapor mixture in an overheated state condenses. Condensate of water vapor released from the gas-vapor mixture during its 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 10 - heat recovery of 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 патрубком отбора водяного пара для подачи во всасывающий короб турбокомпрессора отработавшего в паровой турбине водяного пара, содержащего капельную влагу, являющуюся обессоленной водой, позволяет исключить выпадение солей и других примесей на лопатках турбокомпрессора, что повышает надежность работы турбокомпрессора и парогазовой установки электростанции. Подача в турбокомпрессор паровоздушной смеси улучшает теплофизические свойства рабочего тела в турбокомпрессоре и в газовой турбине и повышает 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 паровоздушной смеси 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 the turbocompressor of the gas turbine unit to the nozzle for extracting water vapor for supplying to the suction duct of the turbocompressor the spent steam containing droplet moisture, which is desalted water, eliminates the precipitation of salts and other impurities on the blades turbocompressor, which increases the reliability of the turbocompressor and combined-cycle plant of the power plant. The supply of a steam-air mixture to the turbocompressor improves the thermophysical properties of the working fluid in the turbocompressor and in the gas turbine and increases the efficiency and power of the combined cycle plant of the power plant by reducing the compression work in the turbocompressor and increasing the available heat transfer in the gas turbine. In addition, the supply of a steam-air mixture 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 heat exchanger - a waste gas heat exchanger equipped with a condensate collector with a water seal, a circulating water supply system including a circulation pump, a pressure pipe to a steam turbine condenser, a pressure pipe One to the heat exchanger - a waste gas heat exchanger and a discharge pressure pipe to a cooling tower consisting of an exhaust tower and a drainage 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 to a sampling pipe that has been exhausted in a steam turbine and contains drip moisture of water vapor, for supplying it to the stream of air entering the turbocharger.