RU2791638C1 - Gas-steam power plant - Google Patents
Gas-steam power plant Download PDFInfo
- Publication number
- RU2791638C1 RU2791638C1 RU2021129937A RU2021129937A RU2791638C1 RU 2791638 C1 RU2791638 C1 RU 2791638C1 RU 2021129937 A RU2021129937 A RU 2021129937A RU 2021129937 A RU2021129937 A RU 2021129937A RU 2791638 C1 RU2791638 C1 RU 2791638C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- steam
- pressure
- turbine
- gas
- low
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к энергетике.The invention relates to energy.
Известен способ преобразования тепловой энергии в механическую и газопаротурбинная установка для его реализации (Патент РФ №2224125). Газопаротурбинная установка содержит компрессор, камеру сгорания с первичной и вторичной зоной, газопаровую турбину, котел-утилизатор, конденсатор, теплообменник, электрогенератор. Роторы компрессора и газопаровой турбины связаны общим валом с ротором электрогенератора. Сжатый воздух разделяют на первичный и вторичный потоки. Первичный поток сжатого воздуха подают в первичную зону камеры сгорания, в ее вторичную зону подают вторичный поток воздуха и перегретый пар из котла-утилизатора. Газопаровую смесь расширяют в газопаровой турбине подают в котел-утилизатор где ее теплоту используют для выработки перегретого пара. Газопаровую смесь вышедшую из котла-утилизатора охлаждают в конденсаторе внешним теплоносителем и конденсируют ее паровую составляющую. Большую часть конденсата направляют в котел-утилизатор для выработки перегретого пара. За счет подачи перегретого пара в камеру сгорания и расширения в газопаровой турбине газопаровой смеси увеличивается мощность газопаровой турбины и снижается выброс в атмосферу оксидов азота.A known method of converting thermal energy into mechanical and gas turbine plant for its implementation (RF Patent No. 2224125). SUBSTANCE: gas-steam turbine plant contains a compressor, a combustion chamber with a primary and secondary zone, a gas-steam turbine, a waste-heat boiler, a condenser, a heat exchanger, and an electric generator. The rotors of the compressor and the gas-steam turbine are connected by a common shaft to the rotor of the electric generator. Compressed air is divided into primary and secondary flows. The primary compressed air flow is supplied to the primary zone of the combustion chamber, its secondary zone is supplied with a secondary air flow and superheated steam from the waste heat boiler. The gas-steam mixture is expanded in a gas-steam turbine and fed to a waste heat boiler where its heat is used to generate superheated steam. The gas-steam mixture leaving the waste heat boiler is cooled in the condenser by an external coolant and its steam component is condensed. Most of the condensate is sent to the waste heat boiler to generate superheated steam. By supplying superheated steam to the combustion chamber and expanding the gas-steam mixture in the gas-steam turbine, the power of the gas-steam turbine increases and the emission of nitrogen oxides into the atmosphere is reduced.
Недостатками аналога являются затрата значительной доли мощности газопаровой турбины на привод компрессора, а также повышенная металлоемкость поверхностей нагрева и габариты котла-утилизатора.The disadvantages of the analogue are the cost of a significant share of the power of the gas-steam turbine to drive the compressor, as well as the increased metal consumption of the heating surfaces and the dimensions of the waste heat boiler.
Известна парогазовая установка с паротурбинным приводом компрессора, содержащая компрессор, камеру сгорания, газовую турбину, паровой котел - утилизатор, конденсационную паровую турбину. Ротор конденсационной паровой турбины соединен валом с ротором компрессора, а ротор газовой турбины соединен валом с ротором электрического генератора. (Зарянкин А.Е., Зарянкин В.А., Сторожук С.К., Арианов С.В. Сравнительный анализ схем ПГУ с газотурбинным и паротурбинным приводами компрессора. Газотурбинные технологии, №3. 2008, стр. 46). Парогазовая установка с паротурбинным приводом компрессора имеет меньшую по сравнению с традиционными парогазовыми установками степень повышения давления воздуха в компрессоре и его мощность.Known combined-cycle plant with a steam turbine drive of the compressor, containing a compressor, a combustion chamber, a gas turbine, a steam recovery boiler, a condensing steam turbine. The rotor of the condensing steam turbine is connected by a shaft to the rotor of the compressor, and the rotor of the gas turbine is connected by a shaft to the rotor of the electric generator. (Zaryankin A.E., Zaryankin V.A., Storozhuk S.K., Arianov S.V. Comparative analysis of CCGT schemes with gas turbine and steam turbine compressor drives. Gas turbine technologies, No. 3. 2008, p. 46). Combined-cycle plant with a steam turbine drive of the compressor has a lower degree of air pressure increase in the compressor and its power compared to traditional combined-cycle plants.
Наиболее близкой по технической сущности к предполагаемому изобретению является способ комбинированной выработки электроэнергии, тепла и холода в парогазовой установке с инжекцией пара. (Патент РФ №2611921). Устройство для реализации этого способа содержит газовый контур, в котором установлены компрессоры низкого и высокого давления, воздухоохладитель, камера сгорания, газопаровая турбина, паровой котел-утилизатор с теплообменными поверхностями генерации перегретого пара и нагрева сетевой воды теплосети, сепараторы капельной влаги, блок очистки конденсата, многоступенчатый детандер, электрогенератор. Атмосферный воздух сжимают в компрессоре низкого давления, охлаждают в воздухоохладителе за счет испарения воды, сжимают в компрессоре высокого давления, подают в камеру сгорания, в не сжигают топливо и в продукты сгорания впрыскивают перегретый пар. Газопаровую смесь расширяют в газопаровой турбине, ее теплоту используют в котле-утилизаторе для выработки перегретого пара и нагрева сетевой воды теплосети в теплообменнике, что обеспечивает конденсацию большей части паровой составляющей газопаровой смеси, затем смесь расширяют в многоступенчатых детандерах до атмосферного давления, конденсируют ее паровую часть, в сепараторах отделяют капельную влагу, ее впрыскиваю в контактный воздухоохладитель, отделенную в нем воду подают в поверхности нагрева котла-утилизатора для выработки перегретого пара который затем подают в камеру сгорания. Роторы компрессоров, газопаровой турбины и детандеров связаны общим валом с валом электрогенератора вырабатывающего электроэнергию с постоянной частотой 50 Гц. Двухступенчатое сжатие воздуха и впрыск перегретого пара в камеру сгорания позволяет увеличить мощность газопаровой турбины и уменьшить вредные выбросы в атмосферу. Повышенное давление (0,3-0,5 МПа) газопаровой смеси в котле-утилизаторе позволяет значительно уменьшить его металлоемкость. Недостатком этой установки, принятой в качестве прототипа изобретения являются ее недостаточно высокая мощность и экономичность связанная с приводом компрессоров от газопаровой турбины, а также ухудшение экономичности при работе ее с пониженной электрической мощностью.The closest in technical essence to the proposed invention is a method of combined generation of electricity, heat and cold in a combined cycle plant with steam injection. (RF Patent No. 2611921). The device for implementing this method contains a gas circuit in which low and high pressure compressors, an air cooler, a combustion chamber, a gas-steam turbine, a waste-heat steam boiler with heat-exchange surfaces for generating superheated steam and heating network water of the heating system, drip moisture separators, a condensate treatment unit, multistage expander, electric generator. Atmospheric air is compressed in a low-pressure compressor, cooled in an air cooler due to water evaporation, compressed in a high-pressure compressor, fed into the combustion chamber, fuel is not burned, and superheated steam is injected into the combustion products. The gas-steam mixture is expanded in a gas-steam turbine, its heat is used in a waste heat boiler to generate superheated steam and heat the network water of the heating network in a heat exchanger, which ensures the condensation of most of the steam component of the gas-steam mixture, then the mixture is expanded in multistage expanders to atmospheric pressure, and its vapor part is condensed , in the separators, droplet moisture is separated, it is injected into the contact air cooler, the water separated in it is fed into the heating surfaces of the waste heat boiler to generate superheated steam, which is then fed into the combustion chamber. The rotors of compressors, gas-steam turbines and expanders are connected by a common shaft to the shaft of an electric generator that generates electricity at a constant frequency of 50 Hz. Two-stage air compression and injection of superheated steam into the combustion chamber allows increasing the power of the gas-steam turbine and reducing harmful emissions into the atmosphere. The increased pressure (0.3-0.5 MPa) of the gas-steam mixture in the waste heat boiler can significantly reduce its metal consumption. The disadvantage of this installation, adopted as a prototype of the invention, is its insufficiently high power and efficiency associated with the drive of compressors from a gas-steam turbine, as well as the deterioration of efficiency when operating it with reduced electric power.
Техническим результатом изобретения является повышение удельной мощности и тепловой экономичности газопаровой энергетической установки при ее работе как при номинальной, так и при частичных нагрузках.The technical result of the invention is to increase the power density and thermal efficiency of a gas-steam power plant during its operation both at nominal and at partial loads.
Технический результат достигается за счет того, что газопаровая энергетическая установка состоящая из компрессора низкого давления, компрессора высокого давления, камеры сгорания, газопаровой турбины, воздухоохладителя, парового котла-утилизатора с пароперегревателем, электрогенератора; котел-утилизатор установлен в выхлопном газоходе газопаровой турбины, ротор газопаровой турбины связан валом с ротором электрогенератора, причем в установке дополнительно применены газопаровая турбина низкого давления, две противодавленческие паровые турбины, устройство контактной конденсации пара и сепарации конденсата, бак сепарированной воды, градирня, химводоочистка, деаэратор, общий паропровод перегретого пара, паропровод перегретого пара с регулирующим вентилем; ротор первой противодавленческой турбины связан общим валом с роторами газопаровой турбины низкого давления, газопаровой турбины высокого давления, компрессора высокого давления, электрогенератора; ротор второй противодавленческой турбины связан валом с ротором компрессора низкого давления; выход пароперегревателя котла-утилизатора связан общим паропроводом перегретого пара с входом первой противодавленческой паровой турбины и паропроводом перегретого пара через регулирующий вентиль с входом второй противодавленческой турбины, выходы которых связаны трубопроводом расширенной газопаровой смеси с камерой сгорания.The technical result is achieved due to the fact that a gas-steam power plant consisting of a low-pressure compressor, a high-pressure compressor, a combustion chamber, a gas-steam turbine, an air cooler, a waste-heat steam boiler with a superheater, an electric generator; the waste heat boiler is installed in the exhaust gas duct of the gas-steam turbine, the rotor of the gas-steam turbine is connected by a shaft to the rotor of the electric generator, and the installation additionally uses a low-pressure gas-steam turbine, two counter-pressure steam turbines, a device for contact steam condensation and condensate separation, a separated water tank, a cooling tower, chemical water treatment, deaerator, common superheated steam pipeline, superheated steam pipeline with control valve; the rotor of the first counter-pressure turbine is connected by a common shaft with the rotors of a low-pressure gas-steam turbine, a high-pressure gas-steam turbine, a high-pressure compressor, and an electric generator; the rotor of the second counter-pressure turbine is connected by a shaft with the rotor of the low pressure compressor; the outlet of the superheater of the waste heat boiler is connected by a common superheated steam pipeline to the inlet of the first counterpressure steam turbine and the superheated steam pipeline through a control valve to the inlet of the second counterpressure turbine, the outlets of which are connected by an expanded gas-steam mixture pipeline to the combustion chamber.
Предлагаемое изобретение позволяет:The present invention allows:
- за счет привода компрессора низкого давления от второй противодавленческой паровой турбины и регулирования расхода перегретого пара высокого давления на эту турбину с помощью регулирующего вентиля, производить изменение ее оборотов и мощности, а также оборотов и мощности компрессора низкого давления, что дает возможность при работе на пониженных нагрузках производить регулирование электрической мощности газопаровой энергетической установки при поддержании ее высокого электрического КПД;- by driving the low-pressure compressor from the second counter-pressure steam turbine and controlling the flow of superheated high-pressure steam to this turbine using a control valve, change its speed and power, as well as the speed and power of the low-pressure compressor, which makes it possible when working at reduced loads to regulate the electric power of the gas-steam power plant while maintaining its high electrical efficiency;
- повысить ее экономичность установки за счет охлаждения в градирне воздуха, сжатого в компрессоре низкого давления;- increase its efficiency of the installation by cooling the air compressed in the low-pressure compressor in the cooling tower;
- повысить экономичность установки за счет подачи в деаэратор греющего пара из отбора первой паровой турбины;- increase the efficiency of the installation by supplying heating steam to the deaerator from the extraction of the first steam turbine;
- упростить конструкцию и уменьшить стоимость установки за счет уменьшения числа электрогенераторов.- simplify the design and reduce the cost of installation by reducing the number of power generators.
На фиг. 1 изображена тепловая схема газопаровой энергетической установки. Тепловая схема содержит:In FIG. 1 shows a thermal diagram of a gas-steam power plant. The thermal scheme contains:
компрессор низкого давления 1, компрессор высокого давления 2, камеру сгорания 3, газопаровая турбину высокого давления 4, электрогенератор 5, первую противодавленческую паровую турбину 6, газопаровую турбину низкого давления 7, вторую противодавленческую паровую турбину 8, деаэратор 9, химводоочистка 10, воздухоохладитель 11, котел-утилизатор 12, общий паропровод перегретого пара 13, трубопровод газопаровой смеси 14, трубопровод воздуха сжатого в компрессоре низкого давления 15, паропровод среднего давления 16, трубопровод охлажденной газопаровой смеси 17, паропровод перегретого пара 18 с регулирующим вентилем 19, устройство контактной конденсации пара 20, теплообменник 21, устройство сепарации 22, сборный бак конденсата 23, испарительную градирню 24.low-
Выход компрессора низкого давления 1 через воздухоохладитель 11 соединен воздуховодом сжатого воздуха 15 с компрессором высокого давления 2, выход которого связан с камерой сгорания 3, в которой сжигают топливо, ее выход по продуктам сгорания связан с входом газовой турбиной высокого давления 4, выход которой соединен трубопроводом газопаровой смеси 14 с котлом-утилизатором 12. Его выход соединен трубопроводом охлажденной газопаровой смеси 17 с газопаровой турбиной низкого давления 7, выход которой через теплообменник 21, содержащий устройство контактной конденсации пара 20 и устройство сепарации 22 соединен с атмосферой. Пароперегреватель котла-утилизатора 12 соединен общим паропроводом перегретого пара 13 с входом первой противодавленческой паровой турбины 6, а также связан паропроводом перегретого пара 18 с регулирующим вентилем 19 с входом второй противодавленческой паровой турбины 8. Выходы этих противодавленческих турбин связаны через паропровод среднего давления 16 с камерой сгорания 3. Устройство сепарации 22, установленное в теплообменнике 21 связано по конденсату пара со сборным баком конденсата 23, который связан трубопроводами с входом испарительной градирни 24 и с химводоочисткой 10. Выход испарительной градирни 24 связан по охлажденной воде с устройством контактной конденсации пара 20 и с поверхностью теплообмена воздухоохладителя 11. Химводоочистка 10 связана по конденсату с входом деаэратора 9 связанной по греющему пару с промежуточным отбором первой противодавленческой паровой турбины 6. Выход деаэратора 9 связан по питательной воде через питательный насос с экономайзером котла-утилизатора 12.The output of the low-
Газопаровая энергетическая установка работает следующим образом. Атмосферный воздух сжимают в компрессоре низкого давления 1, охлаждают водой, подаваемой в поверхность теплообмена воздухоохладителя 11 и по трубопроводу воздуха сжатого в компрессоре низкого давления 15 направляют в компрессор высокого давления 2, сжимают их и подают в камеру сгорания 3, где сжигают топливо и вводят пар по паропроводу среднего давления 16. Полученные продукты сгорания и газопаровую смесь расширяют в газопаровой турбину высокого давления 4 и по трубопроводу газопаровой смеси 14 направляют в котел-утилизатор 12. Теплоту газопаровой смеси используют для выработки перегретого пара высокого давления. Перегретый пар из пароперегревателя котла-утилизатора по общему паропроводу перегретого пара 13 направляют в первую противодавленческую паровую турбину 6 и по паропроводу перегретого пара 18 с регулирующим вентилем 19 подают во вторую противодавленческую паровую турбину 8. Полезную работу первой противодавленческой турбины 6, газопаровой турбины высокого давления 4 используют для выработки электроэнергии в электрогенераторе 5. Полезную работу второй противодавленческой турбины 8 используют для привода компрессора низкого давления 1. Из котла-утилизатора 12 газопаровую смесь по трубопроводу охлажденной газопаровой смеси 17 подают в газопаровую турбину низкого давления 7, расширяют и подают в теплообменник 21. В устройство контактной конденсации пара 20 впрыскивают водуохлажденную в градирне 24и конденсирую паровую составляющую газопаровой смеси. В устройстве сепарации 22 отделяют конденсат и направляют его в сборный бак конденсата 23. Большую часть конденсата из этого бака направляют в испарительную градирню 24, где его охлаждают. Охлажденную в нем воду используют для впрыска в устройство контактной конденсации пара 20 и для охлаждения воздуха в теплообменной поверхности воздухоохладителя 11. Меньшую часть конденсата из сборного бака 23 очищают от солей в химводоочистке 10 и деаэрируют в деаэраторе 9. В качестве греющего агента в деаэраторе используют пар из промежуточного отбора первой противодавленческой турбины 6. Деаэрированную воду подают с помощью питательного насоса в экономайзер котла-утилизатора 12 и используют в его поверхностях нагрева для выработки перегретого пара высокого давления. Из теплообменника 21 продукты сгорания сбрасывают в атмосферу.Gas-steam power plant operates as follows. Atmospheric air is compressed in the low-
При работе газопаровой энергетической установки с пониженной выработкой электроэнергии, с помощью регулирующего вентиля 19 уменьшают расход пара на вторую противодавленческую турбину 8, снижают ее число оборотов и мощность, уменьшают расход воздуха и степень сжатия в компрессоре низкого давления 1. В результате этого уменьшают мощность компрессора высокого давления 2, мощность газопаровой турбины высокого давления 4, выработку перегретого пара в котле-утилизаторе 12, мощность газопаровой турбины низкого давления 7 и электрогенератора 5.During the operation of a gas-steam power plant with reduced power generation, using the
Claims (1)
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2791638C1 true RU2791638C1 (en) | 2023-03-13 |
Family
ID=
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2115000C1 (en) * | 1995-12-05 | 1998-07-10 | Леонид Меерович Драбкин | Combination boiler house |
RU2611921C2 (en) * | 2013-06-28 | 2017-03-01 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Объединенный институт высоких температур Российской академии наук (ОИВТ РАН) | Method of combined generating electric power, heat and cold in combined-cycle plant with steam injection and combined-cycle plant for its implementation |
RU2621448C2 (en) * | 2015-10-06 | 2017-06-06 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С.П. Королева (национальный исследовательский университет)" (СГАУ) | Method for combined-cycle steam-and-gas plant operation |
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2115000C1 (en) * | 1995-12-05 | 1998-07-10 | Леонид Меерович Драбкин | Combination boiler house |
RU2611921C2 (en) * | 2013-06-28 | 2017-03-01 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Объединенный институт высоких температур Российской академии наук (ОИВТ РАН) | Method of combined generating electric power, heat and cold in combined-cycle plant with steam injection and combined-cycle plant for its implementation |
RU2621448C2 (en) * | 2015-10-06 | 2017-06-06 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С.П. Королева (национальный исследовательский университет)" (СГАУ) | Method for combined-cycle steam-and-gas plant operation |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2273741C1 (en) | Gas-steam plant | |
CN111608741B (en) | ORC system for recycling waste heat of generator | |
RU2335641C2 (en) | Method of enhancing efficiency and output of two-loop nuclear power station | |
RU2409746C2 (en) | Steam-gas plant with steam turbine drive of compressor and regenerative gas turbine | |
RU2616148C2 (en) | Electric power generation device with high temperature vapour-gas condensing turbine | |
RU2791638C1 (en) | Gas-steam power plant | |
RU2650238C1 (en) | Gas distribution station power plant or the gas control unit operation method | |
CN109681325A (en) | Natural gas-supercritical CO of zero carbon emission2Combined cycle generating process | |
RU2230921C2 (en) | Method of operation and steam-gas plant of power station operating on combination fuel (solid and gaseous or liquid fuel) | |
RU2611138C1 (en) | Method of operating combined-cycle power plant | |
RU2752123C1 (en) | Thermal power station | |
RU2693567C1 (en) | Method of operation of steam-gas plant of power plant | |
KR20180056148A (en) | Combined cycle power generation system | |
RU2561770C2 (en) | Operating method of combined-cycle plant | |
RU2533601C2 (en) | Power plant with combined-cycle plant | |
RU2740670C1 (en) | Method of operation of steam-gas plant of power plant | |
RU2743480C1 (en) | Oxygen-fuel power plant | |
RU2174615C2 (en) | Gas-steam plant operation method | |
RU2795147C1 (en) | Combined-cycle plant with a semi-closed gas turbine plant | |
RU2810854C1 (en) | Method for generating electricity based on supercritical co2 cycle | |
RU2791066C1 (en) | Method for operation of the power gas turbine expander installation of the heat power plant | |
RU2775732C1 (en) | Oxygen-fuel power plant | |
RU2811729C2 (en) | Combined-cycle power plant | |
RU2309264C1 (en) | Method of power generation in steam-gas power plant | |
RU2745468C1 (en) | Combined-cycle plant with air condenser |