Результат интеллектуальной деятельности: ГАЗОТУРБИННАЯ НАДСТРОЙКА С ПАРОТУРБИННЫМ БЛОКОМ ПОВЫШЕННОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ТЕПЛОВОЙ ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ

Изобретение предназначено для использования в теплоэнергетике и может быть применено при создании газотурбинных надстроек для получения парогазовых установок (ПГУ) в условиях действующей тепловой электростанции при оборудовании ее паротурбинными блоками повышенной эффективности (БПЭ). В БПЭ система регенерации паровой турбины частично байпасируется с заменой парового нагрева воды в этой части регенеративных теплообменников на газовый.

Известна ПГУ, содержащая паротурбинный блок с паровой турбиной и паровым котлом, снабженным конвективным газоходом, и газотурбинную надстройку с газовой турбиной, имеющей на выхлопном тракте отдельный конвективный газоход с расположенными в нем поверхностями нагрева рабочих сред паротурбинного блока [1] - аналог. Конкретно в указанном отдельном конвективном газоходе ПГУ [1] помещены газовый подогреватель всего конденсата, газовый подогреватель всей питательной воды и часть поверхности промежуточного пароперегревателя. Недостатком известной ПГУ является то, что ПГУ [1] предназначена для сжигания только газообразного топлива, в связи с чем она имеет подогреватель топливного газа питательной водой и дополнительную газовую турбину (турбодетандер) для срабатывания избытка давления магистрального топливного газа. Еще одним недостатком аналога [1] является то, что в паровом котле установлены только испарительные и пароперегревательные поверхности нагрева, что в случае газотурбинной надстройки требует коренной реконструкции котла.

Известна ПГУ, содержащая паротурбинный блок с паровой турбиной и паровым котлом, снабженным конвективным газоходом, и газотурбинную надстройку с газовой турбиной, имеющей на выхлопном тракте отдельный конвективный газоход с расположенными в нем поверхностями нагрева рабочих сред паротурбинного блока [2] - прототип.В соответствии с [2] паровой котел в условиях газотурбинной надстройки снабжен всеми поверхностями нагрева, имевшимися в нем в составе паротурбинного блока без надстройки, и рассчитан на применявшийся без надстройки вид топлива, а в отдельном конвективном газоходе помещены поверхности, дополняющие котельные поверхности парового котла, исходя из условия обеспечения суммарной паропроизводительности парового котла и котельных поверхностей отдельного конвективного газохода на уровне исходной паропроизводительности парового котла без надстройки. Достоинствами ПГУ [2] является независимость работы парового котла и газовой турбины и существенное упрощение реализации надстройки из-за исключения необходимости реконструкции топки с установкой дополнительного комплекта горелочных устройств и шиберного хозяйства для отключения регенеративного воздухоподогревателя при работе газовой турбины. Важным достоинством ПТУ [2] является также отсутствие строгих требований к сочетанию величин мощностей паровой и газовой турбин, поскольку в этом случае паровой котел не ограничен количеством воздуха, который он получает с уходящими газами газовой турбины. Наконец, еще более важным достоинством [2] является возможность сжигания в паровом котле любого топлива, в том числе низкосортного угля, поскольку горение в топке котла осуществляется на чистом, не загазованном воздухе. Вместе с тем ПГУ [2] присущи и существенные недостатки. Они обусловлены тем, что в отдельном конвективном газоходе газотурбинной надстройки размещен большой комплекс элементов парового котла, соединенных с последним трубопроводной системой, что усложняет управление установкой при значительных габаритах и весе поверхностей нагрева, размещенных в отдельном конвективном газоходе.

Достигаемым результатом изобретения является упрощение установки и управления ею, уменьшение габаритов и веса поверхностей нагрева отдельного конвективного газохода при увеличении мощности ПГУ.

Указанный результат обеспечивается тем, что в ПГУ, содержащей паротурбинный блок с паровой турбиной и паровым котлом, снабженным конвективным газоходом, и газотурбинную надстройку с газовой турбиной, имеющей на выхлопном тракте отдельный конвективный газоход с расположенными в нем поверхностями нагрева рабочих сред паротурбинного блока, согласно изобретению паротурбинный блок выполнен в виде блока повышенной эффективности с байпасом регенерации высокого давления паровой турбины и части котельных поверхностей нагрева, причем указанный байпас с входящими в него поверхностями нагрева размещен в указанном конвективном газоходе и подсоединен своей выходной частью к соответствующей по параметрам части тракта высокого давления указанного парового котла, причем в отдельном конвективном газоходе по ходу газового потока за входящими в байпас поверхностями нагрева может быть помещен газовый подогреватель конденсата паротурбинного блока.

На чертеже в качестве примера схематически изображен один из возможных вариантов ПГУ согласно изобретению.

ПГУ содержит паротурбинный блок с паровой турбиной (не показана) и паровым котлом 1 с топочным устройством и конвективным газоходом, а также газотурбинную надстройку 2 с компрессором 2.1, камерой 2.2 сгорания и газовой турбиной 2.3, имеющей на выхлопном тракте отдельный конвективный газоход 3 с расположенными в нем поверхностями нагрева рабочих сред паротурбинного блока. Паровой котел снабжен всеми бывшими в нем до введения газотурбинной надстройки поверхностями нагрева, в том числе в конвективном газоходе установлены конвективный первичный пароперегреватель (КПП) 1.1, конвективный вторичный пароперегреватель (КВП) 1.2 и водяной экономайзер (ЭКО) 1.3, а также выносной регенеративный вращающийся воздухоподогреватель (РВП) 1.4. В пределах топочного пространства котла 1 установлены первая и вторая ступени соответственно 1.5 и 1.6 радиационных поверхностей нагрева. При этом паротурбинный блок выполнен в виде блока повышенной эффективности с системой 4 регенерации высокого давления (первая линия), в которую включен подогреватель высокого давления (ПВД) 4.1, и байпасом 5 (второй поток) с размещенным в конвективном газоходе газовым подогревателем питательной воды высокого давления (ГПВД) 5.1, подсоединенным своей выходной частью к выходной части тракта высокого давления котла 1 между поверхностями 1.5 и 1.6. В том же отдельном конвективном газоходе 3 по ходу газового потока за ГПВД 5.1 помещен газовый подогреватель конденсата ГПК 5.2 паротурбинного блока. Позицией 6 на чертеже обозначен питательный насос паротурбинного блока.

ПГУ согласно изобретению работает следующим образом. Питательная вода после питательного насоса 6 разветвляется на два потока, один из которых пропускается через ПВД 4.1 системы 4 регенерации паротурбинного блока, после чего направляется в ЭКО 1.3, оттуда в соответствующие поверхности нагрева парового котла 1, не подвергающегося реконструкции и работающего на прежнем топливе. Второй поток питательной воды по линии 5, байпасирующий систему 4 регенерации паротурбинного блока, и по теплу - часть котельных поверхностей нагрева, направляется в ГПВД 5.1, установленный в отдельном конвективном газоходе 3, утилизирующем уходящие газы газовой турбины 2.3 газотурбинной надстройки 2. При этом байпасирование котельных поверхностей нагрева производится, исходя из условия заданной степени утилизации в отдельном конвективном газоходе 3 теплоты уходящих газов газовой турбины 2.3, а подключение байпаса 5 к пароводяному тракту котла 1 производится в месте, соответствующем по параметрам выходным параметрам второго (байпасного) потока. Конденсат паротурбинного блока до подачи в питательный насос 6 подогревают в ГПК 5.2, помещенном в конвективном газоходе 3 по ходу газов за ГПВД 5.1.

Таким образом, общая паропроизводительность на выходе из парового котла складывается из несколько уменьшенной паропроизводительности собственно котла, вырабатываемой на базе сжигаемого в котле топлива, и паропроизводительности, вырабатываемой на базе газотурбинного топлива. В пределах имеющегося запаса мощность паровой турбины паротурбинного блока и ПГУ в целом возрастает.

Источники информации

1. Авторское свидетельство СССР №1458606, 4 F 01 К 23/06, 1986.

2. Газотурбинные надстройки по схеме ЗИО. - Липец А.У., Дирина Л.В. - Энергетик, 2002, №9, с.11, 12 (заявка №2002101386/06(001836) от 23.01.2002 на получение патента РФ на изобретение).