Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ РАБОТЫ БИНАРНОЙ ПГУ-ТЭЦ

Изобретение относится к области тепловой энергетики и предназначено для использования на тепловых электростанциях, а точнее к способу работы бинарной парогазовой теплоэлектроцентрали.

Известен способ работы теплоэлектроцентрали, надстроенной парогазовым блоком с двухконтурным котлом-утилизатором [1]. Часть потока пара, вырабатываемого в паровом котле теплоэлектроцентрали, замещают паром, выработанным в первом контуре двухконтурного котла-утилизатора. В теплофикационные отборы теплофикационной паровой турбины теплоэлектроцентрали подают пар низкого давления из двухконтурного котла-утилизатора с более низкими удельными затратами топлива на единицу выработанной энергии. Оставшуюся часть пара регенеративных отборов высокого давления и теплофикационных отборов расширяют в паровой турбине с получением дополнительной работы. Изобретение позволяет уменьшить удельные расходы топлива на электрическую и тепловую энергию, выработанную на теплоэлектроцентрали, надстроенной парогазовым блоком, повысить ее тепловую экономичность, использовать имеющиеся резервы в мощности ее теплофикационных паровых турбин и увеличить их рабочую мощность и выработку электроэнергии. Однако данный способ применим только при модернизации действующих теплоэлектроцентралей путем их надстройки парогазовым блоком с двухконтурным котлом-утилизатором.

Известна конструкция тепловой электрической станции, которая работает следующим образом [2]. Уходящие газы газовой турбины направляют к горелкам и сбросным соплам парового котла для окисления поступающего в топку топлива. Вырабатываемый в паровом котле пар направляют в теплофикационную паровую турбину. Потери пара и конденсата из цикла станции компенсируют обессоленной водой, которую перед подачей в атмосферный деаэратор направляют в водоводяной теплообменник. В водоводяной теплообменник по трубопроводу подают греющую среду - деаэрированную воду после газоводяного подогревателя низкого давления (ГВП НД) и насоса циркуляции. Включение ГВП НД в контур циркуляции деаэрированной воды перед водоводяным подогревателем обессоленной воды позволяет осуществить регенеративный подогрев основного конденсата паротурбинной установки в четырех подогревателях низкого давления без снижения эффективности использования теплоты уходящих газов парового котла.

Изобретение позволяет осуществить повышение экономичности тепловой электрической станции за счет создания условий для дополнительной выработки электроэнергии на тепловом потреблении паровой турбиной и более полного использования избыточной теплоты уходящих газов газотурбинной установки, но применимо только для модернизации действующих тепловых электрических станций путем их надстройки ГТУ. Кроме того, недостатком является необходимость реконструкции конвективной шахты парового котла при размещении газоводяного подогревателя высокого давления и газоводяного подогревателя низкого давления.

Наиболее близким техническим решением (прототип) является способ работы бинарной парогазовой установки, в котором предлагается последовательно установить в газоходе котла-утилизатора (КУ) за газовым подогревателем конденсата (ГПК) камеру сжигания дополнительного топлива (КСДТ) и газовый подогреватель сетевой воды (ГПСВ). Учитывая температуру уходящих газов на выходе из котла-утилизатора 95÷110°С, а также высокое содержание кислорода предлагается их использовать в качестве окислителя для сжигания топлива в камере сжигания дополнительного топлива. Вырабатываемая при этом дополнительная тепловая мощность используется для нагрева горячей сетевой воды для нужд теплофикации в газовом подогревателе сетевой воды [3].

Недостатком известного способа работы является необходимость реконструкции котла-утилизатора за счет установки за его последней ступенью нагрева КСДТ и ГПСВ. Капитальные затраты на реконструкцию КУ включают в себя стоимость оребренных труб, горелочных устройств, обмуровки КСДТ, вспомогательного оборудования, а также затраты на строительство и транспортные расходы.

Задачей предлагаемого технического решения является разработка способа работы бинарной парогазовой теплоэлектроцентрали, позволяющего получить дополнительную электрическую мощность на паровой теплофикационной турбине бинарной ПГУ-ТЭЦ за счет более полной утилизации тепла уходящих газов после котла-утилизатора в газосетевом подогревателе, располагаемом отдельно от котла-утилизатора.

Техническим результатом является повышение электрической мощности бинарной ПГУ-ТЭЦ за счет увеличения электрической мощности паротурбинной установки в составе бинарной ПГУ-ТЭЦ, достигаемой дополнительным пропуском пара в конденсатор, путем разгрузки верхнего сетевого подогревателя и нижнего сетевого подогревателя по пару.

Предлагаемое изобретение поясняется чертежом, на котором представлена схема бинарной ПГУ-ТЭЦ, реализующая заявленный способ. Позициями на чертеже обозначены: 1 - газотурбинная установка (ГТУ), 2 - камера сгорания ГТУ, 3 - электрогенератор ГТУ, 4 - котел-утилизатор (КУ), 5 - теплофикационная паровая турбина, 6 - электрогенератор теплофикационной паровой турбины, 7 - конденсатор, 8 - трубопровод отбора пара на сетевой подогреватель верхний, 9 - сетевой подогреватель верхний (СПВ), 10 - трубопровод отбора пара на сетевой подогреватель нижний, 11 - сетевой подогреватель нижний (СПН), 12 - выхлопной газоход котла-утилизатора, 13 - газосетевой подогреватель (ГСП), 14 - тепловой потребитель, 15 - конденсатный насос.

Установка для реализации предлагаемого способа включает: ГТУ 1 с камерой сгорания 2, связанную через выхлопной газоход с котлом-утилизатором 4, который посредством трубопровода острого пара связан с теплофикационной паровой турбиной 5, соединенной трубопроводами 8 и 10 соответственно с сетевым подогревателем верхним 9 и сетевым подогревателем нижним 11; конденсатор 7, который связан выхлопным патрубком с теплофикационной турбиной 5; конденсатный насос 15 для перекачки конденсата в котел-утилизатор 4; сетевой подогреватель нижний 11, сетевой подогреватель верхний 9, связанные трубопроводами тепловой сети 16 с тепловым потребителем 14; газосетевой подогреватель 13, установленный после сетевого подогревателя верхнего 9 и связанный трубопроводами тепловой сети 16 с сетевыми подогревателями 9, 11 и тепловым потребителем 14, а также связанный с котлом-утилизатором 4 выхлопным газоходом 12.

Предлагаемый способ работы бинарной ПГУ-ТЭЦ с использованием газосетевого подогревателя осуществляют следующим образом.

ГТУ 1 приводит в движение электрогенератор 3, вырабатывающий электроэнергию. Продукты сгорания после газовой турбины попадают в котел-утилизатор 4 и за счет использования теплоты продуктов сгорания топлива вырабатывают в нем поток пара, пар направляют в паровую турбину 5, которая приводит в движение электрогенератор 6, вырабатывающий электроэнергию. Паровая теплофикационная турбина 5 имеет отборы пара по трубопроводам 8 и 10, соответственно на сетевой подогреватель верхний 9 и сетевой подогреватель нижний 11, для подогрева сетевой воды теплосети потребителя 14.

Газосетевой подогреватель 13 устанавливают отдельно от котла-утилизатора 3 после сетевого подогревателя верхнего 9. Уходящие газы по выхлопному газоходу 12 котла-утилизатора 3 направляют в газосетевой подогреватель 13. При этом минимально допустимая температура уходящих газов после котла-утилизатора, при сжигании газообразного топлива в камере сгорания 2 газотурбинной установки, исходя из условий низкотемпературной коррозии хвостовых поверхностей нагрева, составляет 80°С. Так как температура уходящих газов на выходе из котла-утилизатора достигает 95÷110°С, появляется дополнительное количество тепла уходящих газов, которое используется для нагрева сетевой воды в газосетевом подогревателе 13, без реконструкции котла-утилизатора. Путем регулирования положения поворотной регулирующей диафрагмы паровой турбины 5 уменьшают отбор пара, тем самым снижая температуру сетевой воды после сетевого подогревателя верхнего 9 и сетевого подогревателя нижнего 11. При этом теплофикационные отборы пара из паровой турбины 5 частично вытесняются. Вытесненный пар теплофикационных отборов паровой турбины направляют в конденсатор 7, что приводит к дополнительному увеличению электрической мощности теплофикационной паровой турбины 5. Конденсат из конденсатора 7 с помощью конденсатного насоса 15 перекачивают в котел-утилизатор.

В качестве примера рассмотрим способ работы бинарной ПГУ-ТЭЦ на основе паровой турбины Т-56/70-6,8 для г. Новороссийска на среднеотопительном режиме. Расчет тепловой схемы ПГУ-ТЭЦ показал, что температура уходящих газов после котла-утилизатора на данном режиме - 115,8°С. В таблице представлены результаты расчета тепловой схемы ПГУ-ТЭЦ с ГСП для г. Новороссийска на среднеотопительном режиме при варьировании температуры уходящих газов после ГСП в диапазоне 80÷100°С.

Из таблицы видно, что увеличение утилизации тепла уходящих газов после котла-утилизатора за счет снижения их температуры после ГСП со 100 до 80°С сопровождается уменьшением температуры сетевой воды после сетевого подогревателя верхнего на 1,8°С (3,2%), после СПН - на 0,9°С (1,9%). Это приводит к снижению суммарного расхода пара на сетевые подогреватели на 3,69 кг/с (9,97%) и к увеличению дополнительной электрической мощности ПТУ на 1,33 МВт.

Таким образом, предлагаемое техническое решение позволяет осуществлять:

- догрев сетевой воды в газосетевом подогревателе за счет теплообмена между уходящими газами ГТУ и сетевой водой без реконструкции котла-утилизатора;

- разгрузку верхнего сетевого подогревателя и нижнего сетевого подогревателя по пару за счет снижения количества пара, отбираемого на сетевые подогреватели;

- повышение электрической мощности паротурбинной установки в составе бинарной ПГУ-ТЭЦ за счет дополнительного пропуска пара в конденсатор.

Список используемых источников

1. Патент на изобретение №2349763, МПК F01K 23/06. Способ работы теплоэлектроцентрали / Ремезенцев А.Б., Сорокин В.Н., Шелудько Л.П.

2. Патент на изобретение №2309263, МПК F01K 17/02. Тепловая электрическая станция / Замалеев М.М., Макарова Е.В., Шарапов В.И.

3. Шелыгин Б.Л., Мошкарин А.В., Малков Е.С. Определение условия использования в качестве окислителя уходящих из котла-утилизатора газов для сжигания дополнительного топлива / Вестник ИГЭУ. - 2012. - Вып. 2 - С. 4-7.