Результат интеллектуальной деятельности: Парогазовая установка электростанции

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано на тепловых электрических станциях.

Известен аналог – парогазовая установка электростанции (см. патент РФ № 2756940, Б.И. 28, 2021), содержащая газотурбинную установку, состоящую из турбокомпрессора, камеры сгорания, газовой турбины и электрогенератора, котел-утилизатор, где расположены основная теплообменная поверхность, специально выделенный газоход, в котором последовательно по ходу газов расположены регулирующий орган, камера дополнительного сжигания топлива и теплообменная поверхность промежуточного пароперегревателя, теплообменная поверхность газового подогревателя сетевой воды, паровую турбину конденсационного типа, состоящую из цилиндра высокого давления и цилиндра низкого давления, электрический генератор, конденсатор, питательный насос, выхлопной газоход и дымовую трубу. Данный аналог принят за прототип.

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 эффективностью работы, поскольку не осуществляется непрерывное регулирование температуры перегретого в теплообменной поверхности промежуточного пароперегревателя водяного пара. В процессе работы электрическая мощность парогазовой установки электростанции может изменяться по причине изменения нагрузки потребителя. Так, при уменьшении нагрузки потребителя следует снижать электрическую мощность парогазовой установки электростанции путем уменьшения электрической мощности газотурбинной установки. При этом будет изменяться расход газов, отводимых в котел-утилизатор и направляемых в специально выделенный в хвостовой части котла-утилизатора газоход. Так, при уменьшении мощности газотурбинной установки и расхода газов температура перегретого в теплообменной поверхности промежуточного пароперегревателя водяного пара будет понижаться, а при увеличении мощности газотурбинной установки и расхода газов – наоборот повышаться, так как расход топлива в камеру дополнительного сжигания топлива остается постоянным. При этом изменение расхода второго потока газов, направляемого в специально выделенный в хвостовой части котла-утилизатора газоход, регулирующим органом, установленным перед камерой дополнительного сжигания топлива, осуществлять затруднительно, так как регулирующий орган в выхлопном газоходе котла-утилизатора для изменения расхода основного потока газов отсутствует. Кроме того, размещение теплообменной поверхности газового подогревателя сетевой воды в специально выделенном в хвостовой части котла-утилизатора газоходе снижает тепловую мощность системы теплоснабжения вследствие малого расхода газов, используемых для подогрева сетевой воды. Таким образом, отсутствие непрерывного регулирования температуры перегретого в теплообменной поверхности промежуточного пароперегревателя водяного пара, снижает эффективность работы парогазовой установки электростанции.

Сущность изобретения заключается в следующем. Для повышения эффективности работы парогазовой установки электростанции целесообразно осуществлять автоматическое регулирование и поддерживать на заданном уровне в соответствии с мощностью парогазовой установки электростанции температуру перегретого в теплообменной поверхности промежуточного пароперегревателя водяного пара. Для этого предлагается в парогазовой установке электростанции установить регулятор расхода газов, связанный с датчиком температуры перегретого в теплообменной поверхности промежуточного пароперегревателя водяного пара, регулирующим органом, установленным в специально выделенном в хвостовой части котла-утилизатора газоходе перед камерой дополнительного сжигания топлива, и регулирующим органом, установленным в выхлопном газоходе котла-утилизатора перед теплообменной поверхностью газового подогревателя сетевой воды, и регулятор расхода топлива в камеру дополнительного сжигания топлива, связанный с датчиком температуры перегретого в теплообменной поверхности промежуточного пароперегревателя водяного пара и регулирующим органом, установленным на трубопроводе подачи топлива в камеру дополнительного сжигания топлива.

Технический результат – повышение эффективности работы парогазовой установки электростанции.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что известная парогазовая установка электростанции содержит газотурбинную установку, состоящую из турбокомпрессора, камеры сгорания, газовой турбины и электрогенератора, котел-утилизатор, где расположены основная теплообменная поверхность, специально выделенный газоход, в котором последовательно по ходу газов расположены регулирующий орган, камера дополнительного сжигания топлива и теплообменная поверхность промежуточного пароперегревателя, теплообменная поверхность газового подогревателя сетевой воды, паровую турбину конденсационного типа, состоящую из цилиндра высокого давления и цилиндра низкого давления, электрический генератор, конденсатор, питательный насос, выхлопной газоход и дымовую трубу. Особенность парогазовой установки электростанции заключается в том, что парогазовая установка электростанции дополнительно снабжена регулятором расхода газов, связанным с датчиком температуры перегретого в теплообменной поверхности промежуточного пароперегревателя водяного пара, регулирующим органом, установленным в специально выделенном в хвостовой части котла-утилизатора газоходе перед камерой дополнительного сжигания топлива, и регулирующим органом, установленным в выхлопном газоходе котла-утилизатора перед теплообменной поверхностью газового подогревателя сетевой воды, и регулятором расхода топлива в камеру дополнительного сжигания топлива, связанным с датчиком температуры перегретого в теплообменной поверхности промежуточного пароперегревателя водяного пара и регулирующим органом, установленным на трубопроводе подачи топлива в камеру дополнительного сжигания топлива.

На чертеже представлена схема парогазовой установки электростанции. Парогазовая установка электростанции содержит газотурбинную установку, состоящую из турбокомпрессора 1, камеры сгорания 2, газовой турбины 3 и электрогенератора 4, котел-утилизатор, где расположены основная теплообменная поверхность 5,специально выделенный газоход, в котором последовательно по ходу газов расположены регулирующий орган 6, камера дополнительного сжигания топлива 7 и теплообменная поверхность промежуточного пароперегревателя 8, регулирующий орган 9, теплообменная поверхность газового подогревателя сетевой воды 10, паровую турбину конденсационного типа, состоящую из цилиндра высокого давления 11 и цилиндра низкого давления 12, электрический генератор 13, конденсатор 14, питательный насос 15, регулятор 16 расхода газов, связанный с датчиком 17 температуры перегретого в теплообменной поверхности промежуточного пароперегревателя 8 водяного пара, регулирующим органом 6, установленным в специально выделенном в хвостовой части котла-утилизатора газоходе перед камерой дополнительного сжигания топлива 7, и регулирующим органом 9, установленным в выхлопном газоходе котла-утилизатора перед теплообменной поверхностью газового подогревателя сетевой воды 10, и регулятор 18 расхода топлива в камеру дополнительного сжигания топлива 7, связанный с датчиком 17 температуры перегретого в теплообменной поверхности промежуточного пароперегревателя 8 водяного пара и регулирующим органом 19, установленным на трубопроводе 20 подачи топлива в камеру дополнительного сжигания топлива 7, выхлопной газоход 21, дымовую трубу 22.

Парогазовая установка электростанции работает следующим образом.

Атмосферный воздух подают в турбокомпрессор 1 газотурбинной установки, где он сжимается до требуемого давления. Сжатый в турбокомпрессоре 1 воздух разделяют на первичный и вторичный. В камеру сгорания 2 газотурбинной установки подают органическое топливо и сжатый в турбокомпрессоре 1 первичный воздух для осуществления процесса горения органического топлива. В камере сгорания 2 осуществляется процесс горения органического топлива с образованием нагретых до высокой температуры продуктов сгорания. Продукты сгорания органического топлива перемешивают с вторичным воздухом, образовавшиеся газы направляют в газовую турбину 3. Перемешивание продуктов сгорания органического топлива с вторичным воздухом осуществляется для обеспечения требуемой температуры газов перед газовой турбиной 3. В газовой турбине 3 осуществляется процесс расширения газов и совершается работа газотурбинного цикла, затрачиваемая на привод турбокомпрессора 1 и электрогенератора 4.

Отработавшие в газовой турбине 3 газы подают в основную теплообменную поверхность 5 котла-утилизатора, где в процессе охлаждения газов генерируется перегретый водяной пар высоких параметров. После основной теплообменной поверхности 5 котла-утилизатора суммарный поток газов разделяют на два потока. Основной поток газов в количестве 70 – 75% при температуре 100 – 120°C через регулирующий орган 9 направляют в теплообменную поверхность газового подогревателя сетевой воды 10, а второй поток газов в количестве 25 – 30% подают в специально выделенный в хвостовой части котла-утилизатора газоход, в котором последовательно по ходу газов установлены регулирующий орган 6,камера дополнительного сжигания топлива 7 и теплообменная поверхность промежуточного пароперегревателя 8. В камере дополнительного сжигания топлива 7 в среде газов осуществляют сжигание дополнительного органического топлива, при этом температура газов возрастает. Подогретые в камере дополнительного сжигания топлива 7 газы проходят теплообменную поверхность промежуточного пароперегревателя 8, где охлаждаются в процессе передачи теплоты водяному пару и совместно с основным потоком газов направляются в теплообменную поверхность газового подогревателя сетевой воды 10. Охлажденный в газовом подогревателе сетевой воды 10 до температуры 80 – 90°C суммарный поток газов направляют в выхлопной газоход 21 и через дымовую трубу 22 отводят в атмосферу.

В основной теплообменной поверхности 5 котла-утилизатора генерируется водяной пар высоких параметров, который направляют в цилиндр высокого давления 11 паровой турбины конденсационного типа. В цилиндре высокого давления 11 паровой турбины осуществляется процесс расширения водяного пара и совершается полезная работа паросилового цикла, затрачиваемая на привод электрического генератора 13. Отработавший в цилиндре высокого давления 11 водяной пар с пониженными значениями температуры и давления направляют в теплообменную поверхность промежуточный пароперегреватель 8, где осуществляют вторичный перегрев водяного пара до заданной температуры. Затем вторично перегретый водяной пар подают в цилиндр низкого давления 12 паровой турбины конденсационного типа, где осуществляется процесс расширения водяного пара и совершается полезная работа паросилового цикла, затрачиваемая на привод электрического генератора 13. Отработавший в цилиндре низкого давления 12 паровой турбины конденсационного типа водяной пар отводят в конденсатор 14, а охлажденные в промежуточном пароперегревателе газы совместно с основным потоком газов направляют в теплообменную поверхность газового подогревателя сетевой воды 10 и по выхлопному газоходу 21 через дымовую трубу 22 отводят в атмосферу. В конденсаторе 14 в процессе теплообмена с циркуляционной водой осуществляют конденсацию водяного пара. Образовавшийся в конденсаторе 14 конденсат питательным насосом 15 направляют в основную теплообменную поверхность 5 котла-утилизатора.

Температуру вторично перегретого в теплообменной поверхности промежуточного пароперегревателя 8 водяного пара поддерживают на заданном уровне в соответствии с режимом работы парогазовой установки электростанции. В процессе работы парогазовой установки электростанции осуществляют непрерывное измерение температуры вторично перегретого в теплообменной поверхности промежуточного пароперегревателя 8 водяного пара датчиком 17. Сигнал от датчика 17 температуры перегретого в теплообменной поверхности промежуточного пароперегревателя 8 водяного пара поступает одновременно на вход регулятора 16 расхода уходящих газов и на вход регулятора 18 расхода топлива, подаваемого в камеру дополнительного сжигания топлива 7. Регулятор 16 расхода уходящих газов имеет два выхода, которые соединены с регулирующими органами6 и 9 расхода уходящих газов, установленными соответственно в специально выделенном в хвостовой части котла-утилизатора газоходе перед камерой дополнительного сжигания топлива 7 и в выхлопном газоходе котла-утилизатора перед теплообменной поверхностью газового подогревателя сетевой воды 10. При этом сигнал от датчика 17 температуры перегретого в теплообменной поверхности промежуточного пароперегревателя 8 водяного пара поступает и на вход регулятора 18 расхода топлива в камеру дополнительного сжигания топлива 7, выход которого соединен с регулирующим органом 19, установленным на трубопроводе 20 подачи топлива в камеру дополнительного сжигания топлива 7.

При возникновении ситуации, когда температура перегретого в теплообменной поверхности промежуточного пароперегревателя 8 водяного пара отклоняется от заданного первоначального значения, то по сигналу от датчика 17 регулятором 16 вырабатываются командные сигналы на изменение расходов газов, подаваемых в специально выделенный в хвостовой части котла-утилизатора газоход и направляемых в выхлопной газоход котла-утилизатора. При этом одновременно по сигналу от датчика 17 регулятором 18 вырабатывается командный сигнал на изменение расхода топлива в камеру дополнительного сжигания топлива 7. Командные сигналы, вырабатываемые регулятором 16, воздействуют на регулирующий орган 6, которым осуществляется изменение расхода газов, подаваемых в специально выделенный в хвостовой части котла-утилизатора газоход, и на регулирующий орган 9, которым осуществляется изменение расхода газов в выхлопном газоходе котла-утилизатора, а командный сигнал, вырабатываемый регулятором 18, воздействуют на регулирующий орган 19, которым осуществляется изменение расхода топлива, подаваемого в камеру дополнительного сжигания топлива 7.

Одновременным изменением расхода газов, подаваемых в специально выделенный в хвостовой части котла-утилизатора газоход, и расхода топлива, подаваемого в камеру дополнительного сжигания топлива 7, достигается требуемое значение температуры вторично перегретого в теплообменной поверхности промежуточного пароперегревателя 8 водяного пара, значение которой непрерывно измеряется датчиком 17. Так, при снижении мощности газотурбинной установки и соответственно уменьшении расхода газов, отводимых в котел-утилизатор, температура перегретого в теплообменной поверхности промежуточного пароперегревателя 8 водяного пара снизится. В этом случае по сигналу от датчика 17 регулятором 16 вырабатываются два командных сигнала на увеличение и уменьшение расхода газов, соответственно подаваемых в специально выделенный в хвостовой части котла-утилизатора газоход и направляемых в выхлопной газоход котла-утилизатора, а регулятором 18 вырабатывается командный сигнал на увеличение расхода топлива, подаваемого в камеру дополнительного сжигания топлива 7. Причем командный сигнал, вырабатываемый регулятором 16 на увеличение расхода газов, воздействует на регулирующий орган 6, которым осуществляется увеличение расхода газов, подаваемых в специально выделенный в хвостовой части котла-утилизатора газоход, а командный сигнал, вырабатываемый регулятором 16 на уменьшение расхода газов, воздействует на регулирующий орган 9, которым осуществляется уменьшение расхода газов, направляемых в выхлопной газоход котла-утилизатора. Одновременно командный сигнал, вырабатываемый регулятором 18 на увеличение расхода топлива, воздействует на регулирующий орган 19, которым осуществляется увеличение расхода топлива, подаваемого в камеру дополнительного сжигания топлива 7. Таким образом, одновременным увеличением расхода газов, подаваемых в специально выделенный в хвостовой части котла-утилизатора газоход и топлива в камеру дополнительного сжигания топлива 7 и уменьшением расхода газов, направляемых в выхлопной газоход котла-утилизатора, добиваются повышения температуры перегретого в теплообменной поверхности промежуточного пароперегревателя 8 водяного пара до заданного значения.

При возникновении обратной ситуации, когда измеряемая датчиком 17 температура перегретого в теплообменной поверхности промежуточного пароперегревателя 8 водяного пара будет выше заданного значения системой автоматического регулирования осуществляется уменьшение расхода газов в специально выделенный в хвостовой части котла-утилизатора газоход и топлива в камеру дополнительного сжигания топлива 7 и увеличение расхода газов, направляемых в выхлопной газоход котла-утилизатора. Этим добиваются снижения температуры перегретого в теплообменной поверхности промежуточного пароперегревателя 8 водяного пара до требуемого значения.

Таким образом, в процессе работы парогазовой установки электростанции будет осуществляться непрерывный контроль и поддерживаться на заданном уровне в соответствии с мощностью газотурбинной установки температура вторично перегретого в теплообменной поверхности промежуточного пароперегревателя водяного пара.

Снабжение парогазовой установки электростанции регулятором расхода газов, связанным с датчиком температуры перегретого в теплообменной поверхности промежуточного пароперегревателя водяного пара, регулирующим органом, установленным в специально выделенном в хвостовой части котла-утилизатора газоходе перед камерой дополнительного сжигания топлива, и регулирующим органом, установленным в выхлопном газоходе котла-утилизатора перед теплообменной поверхностью газового подогревателя сетевой воды, и регулятором расхода топлива в камеру дополнительного сжигания топлива, связанным с датчиком температуры перегретого в теплообменной поверхности промежуточного пароперегревателя водяного пара и регулирующим органом, установленным на трубопроводе подачи топлива в камеру дополнительного сжигания топлива, позволяет осуществлять регулирование и поддерживать на заданном уровне в соответствии с мощностью газотурбинной установки температуру перегретого в теплообменной поверхности промежуточного пароперегревателя водяного пара, что повышает эффективность работы парогазовой установки электростанции. Размещение теплообменной поверхности газового подогревателя сетевой воды в хвостовой части котла-утилизатора повышает тепловую мощность системы теплоснабжения вследствие того, что для подогрева сетевой воды используется суммарный поток отработавших в газовой турбине газов.