Результат интеллектуальной деятельности: ПАРОГАЗОВАЯ УСТАНОВКА ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ

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

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, систему оборотного водоснабжения, включающую циркуляционный насос, напорный трубопровод к конденсатору паровой турбины и сливной напорный трубопровод к градирне, состоящей из вытяжной башни и водосборного бассейна. 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 надежностью и экономичностью работы, так как не производится промежуточный перегрев водяного пара, отработавшего в цилиндре высокого давления и поступающего в цилиндр низкого давления паровой турбины. При отсутствии промежуточного перегрева водяного пара, отработавшего в цилиндре высокого давления, повышается влажность пара на выходе из паровой турбины, что снижает надежность паровой турбины за счет эрозионного износа лопаток последних ступеней цилиндра низкого давления. При этом снижается экономичность работы паровой турбины, так как не производится подвод теплоты к пару перед подачей его в цилиндр низкого давления. Таким образом, при отсутствии промежуточного перегрева водяного пара, отработавшего в цилиндре высокого давления, снижаются надежность и экономичность работы паровой турбины и парогазовой установки электростанции.

Сущность изобретения заключается в следующем. Для повышения надежности и экономичности работы парогазовой установки электростанции предлагается с наружной стороны камеры сгорания газотурбинной установки разместить кольцевой канал для промежуточного перегрева водяного пара. Промежуточный перегрев водяного пара позволяет повысить располагаемый теплоперепад пара в части низкого давления паровой турбины за счет подвода к нему дополнительной теплоты, что увеличивает мощность паровой турбины. При этом повышается степень сухости водяного пара на выходе из паровой турбины, что повышает надежность работы турбины за счет снижения эрозионного износа лопаток последних ступеней паровой турбины.

Кроме того, размещение с наружной стороны камеры сгорания газотурбинной установки кольцевого канала позволяет снизить температуру газов на входе в газовую турбину за счет передачи части теплоты от продуктов сгорания к водяному пару, протекающему внутри канала, что обусловливает снижение расхода вторичного воздуха, подмешиваемого к продуктам сгорания, по условиям обеспечения надежности и долговечности работы лопаточного аппарата газовой турбины. Снижение расхода вторичного воздуха обусловливает снижение работы сжатия в турбокомпрессоре за счет уменьшения расхода атмосферного воздуха, поступающего в турбокомпрессор, что приводит к снижению его потребляемой мощности, повышению полезной работы газовой турбины и коэффициента полезного действия газотурбинной установки.

Технический результат - повышение надежности и экономичности работы парогазовой установки электростанции путем повышения степени сухости и располагаемого теплоперепада водяного пара в части низкого давления паровой турбины и снижения работы сжатия в турбокомпрессоре за счет подвода к пару дополнительной теплоты в кольцевом канале, размещенном с наружной стороны камеры сгорания газотурбинной установки.

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, систему оборотного водоснабжения, включающую циркуляционный насос, напорный трубопровод к конденсатору паровой турбины 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 размещенным с наружной стороны камеры сгорания газотурбинной установки кольцевым каналом, входной коллектор которого соединен трубопроводом с патрубком отбора отработавшего в цилиндре высокого давления паровой турбины водяного пара, а его выходной коллектор соединен трубопроводом с патрубком подачи пара в цилиндр низкого давления паровой турбины.

На чертеже представлена схема парогазовой установки электростанции.

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, систему оборотного водоснабжения, включающую циркуляционный насос 10, напорный трубопровод 11 к конденсатору 7 паровой турбины 6, сливной напорный трубопровод 12 к градирне, состоящей из вытяжной башни 13 и водосборного бассейна 14, кольцевой канал 15, расположенный с наружной стороны камеры сгорания 3 газотурбинной установки, трубопровод 16, соединяющий кольцевой канал 15 с патрубком отбора отработавшего в цилиндре высокого давления (ЦВД) паровой турбины 6 водяного пара, трубопровод 17, соединяющий кольцевой канал 15 с цилиндром низкого давления (ЦНД) паровой турбины 6.

Парогазовая установка электростанции работает следующим образом.

Во всасывающий короб турбокомпрессора 2 поступает атмосферный воздух, где сжимается до необходимого давления, после чего поступает в камеру сгорания 3, куда также подается органическое топливо. В камере сгорания происходит сгорание органического топлива с образованием нагретых до высокой температуры продуктов сгорания. При этом в камере сгорания происходит снижение температуры продуктов сгорания за счет передачи части теплоты от высокотемпературного потока продуктов сгорания к водяному пару, протекающему по кольцевому каналу 15, расположенному с наружной стороны камеры сгорания 3. Понижение температуры газов в камере сгорания приводит к снижению работы, затрачиваемой на сжатие воздуха в турбокомпрессоре 2, за счет уменьшения количества вторичного воздуха, подаваемого в газотурбинную установку из условия обеспечения заданной температуры газов перед газовой турбиной 1.

Образовавшиеся в камере сгорания 3 продукты сгорания смешиваются с вторичным воздухом. Смесь продуктов сгорания с вторичным воздухом (газы) поступает в газовую турбину 1, в которой совершается полезная работа газотурбинного цикла, затрачиваемая на привод турбокомпрессора 2 и электрогенератора 4. Отработавшие в газовой турбине газы поступают в котел-утилизатор 5, где охлаждаются и отводятся в атмосферу.

В котле-утилизаторе 5 генерируется водяной пар высокого давления, который направляется в цилиндр высокого давления паровой турбины 6. В цилиндре высокого давления паровой турбины 6 происходит процесс расширения пара, после чего отработавший пар с пониженными значениями температуры и давления поступает по паропроводу 16 в расположенный с наружной стороны камеры сгорания 3 газотурбинной установки кольцевой канал 15, где перегревается до заданной температуры. Затем по трубопроводу 17 вторично перегретый пар направляется в цилиндр низкого давления паровой турбины 6, в котором совершает полезную работу паротурбинного цикла, затрачиваемую на привод электрического генератора 8.

Отработавший в паровой турбине 6 пар поступает в конденсатор 7, в котором конденсируется за счет подачи в конденсатор циркуляционной воды по напорному трубопроводу 11 циркуляционный насосом 10 из водосборного бассейна 14 градирни. Подогретая в конденсаторе 7 циркуляционная вода по сливному напорному трубопроводу 12 подается в вытяжную башню 13 градирни, где охлаждается атмосферным воздухом в процессе тепло- и массообмена при непосредственном контакте и стекает в водосборный бассейн 14.

Размещение с наружной стороны камеры сгорания газотурбинной установки кольцевого канала, предназначенного для промежуточного перегрева водяного пара, повышает надежность и экономичность работы парогазовой установки электростанции за счет повышения степени сухости водяного пара на выходе из паровой турбины и подвода к водяному пару дополнительной теплоты. При этом снижается температура газов на входе в газовую турбину за счет передачи части теплоты водяному пару в кольцевом канале камеры сгорания, что приводит к снижению расхода вторичного воздуха, подмешиваемого к продуктам сгорания, по условиям обеспечения надежности и долговечности работы лопаточного аппарата газовой турбины и обусловливает снижение работы сжатия в турбокомпрессоре за счет уменьшения расхода атмосферного воздуха, поступающего в турбокомпрессор, что приводит к снижению его потребляемой мощности, повышению полезной работы газовой турбины и коэффициента полезного действия газотурбинной установки.