ВКР РАБОТЕ БЛОКА НА КОНДЕНСАЦИОННОМ И ТЕПЛОФИКАЦИОННОМ РЕЖИМАХ / Основная часть / 1.Обоснование строительства ПГУ ТЭЦ-5

Содержание серы в топливе определяет допустимую температуру конденсата на входе в КУ. В большинстве случаев ПГУ может работать на двух различных видах топлива, при этом уточняется, какое топливо является основным и как часто используется второй вид топлива.

Удельные капиталовложения в ПГУ позволяют оценить, какие инвести-

ции в электростанцию являются целесообразными для заданного КПД про-

изводства электроэнергии. Если, например, они составляют 1000 долл/кВт и существует возможность повысить экономичность парогазового цикла с целью увеличить мощность на 10 МВт при неизменной подаче топлива, то такое решение оправдано в случае, если дополнительные инвестиции составят менее 1000 долл/кВт.

1.2 Патентная проработка на тему: «Принципиальные схемы ПГУ.

Тепловые схемы, способы улучшения показателей тепловой

эффективности ПГУ-ТЭЦ»

Патент РФ № 2373403

F01K23/10

Опубликовано: 20.11.2009 Авторы: Кудинов А.А.; Зиганшина С.К.; Егоров М.А;

Парогазовая установка электростанции

Формула изобретения Парогазовая установка электростанции, 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, теплообменник-утилизатор теплоты уходящих газов, снабженный конденсатосборником с гидрозатвором, систему оборотного

водоснабжения, включающую циркуляционный насос, напорный трубопровод к конденсатору паровой турбины и теплообменнику-утилизатору теплоты уходящих газов и сливной напорный трубопровод к градирне, состоящей из вытяжной башни и водосборного бассейна, отличающаяся тем, что парогазовая установка электростанции дополнительно снабжена трубопроводом, соединяющим всасывающий короб турбокомпрессора газотурбинной установки с перфорированным коллектором, установленным в вытяжной башне градирни для подачи выходящего из нее насыщенного водяными парами и содержащего капельную влагу воздуха в турбокомпрессор

[14].

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)

Технический результат - повышение экономичности и удельной мощности парогазовой установки электростанции за счет уменьшения работы сжатия в турбокомпрессоре и повышения располагаемого теплоперепада в газовой турбине вследствие улучшения теплофизических свойств рабочего тела в турбокомпрессоре и в газовой турбине.

На рисунке 14 представлена схема парогазовой установки электростанции

Рисунок 14 – Схема парогазовой установки электростанции

1– газовая турбина; 2 – турбокомпрессор; 3 – камера сгорания; 4 – электрогенератор;

5 – котел-утилизатор; 6 – паровая турбина; 7 – конденсатор; 8 – электрический генератор;

9 – питательный насос; 10 –теплообменник-утилизатор теплоты уходящих газов;

11 – конденсатосборник; 12 – гидрозатвор; 13 – циркуляционный насос; 14, 15 – напорный трубопровод; 16 – сливной напорный трубопровод к градирне; 17 – вытяжная башня,

18 – водосборный бассейн; 19 – трубопровод; 20 – перфорированный коллектор.

Принцип работы В вытяжную башню 17 градирни по сливному напорному трубопроводу

16 подается подогретая циркуляционная вода. Навстречу потоку воды движется холодный атмосферный воздух. В процессе непосредственного контакта теплоносителей осуществляется тепло - и массообмен между водой и воздухом: вода охлаждается, а воздух подогревается и насыщается водяными парами. При этом в воздухе будет содержаться и капельная влага вследствие ее механического уноса в процессе противоточного движения теплоносителей в вытяжной башне 17 градирни. Насыщенный водяными парами и содержащий капельную влагу воздух по трубопроводу 19 подается в турбокомпрессор 2. В турбокомпрессоре 2 в результате процесса сжатия,

сопровождающегося повышением температуры, будет осуществляться испарение капельной влаги в воздух, что приведет к снижению его температуры и работы, затрачиваемой на сжатие воздуха в турбокомпрессоре

2. Паровоздушная смесь из турбокомпрессора 2 подается в камеру сгорания 3

для осуществления процесса горения топлива. Образовавшаяся в результате сгорания топлива газопаровая смесь поступает в газовую турбину 1. В газовой турбине 1 совершается полезная работа газотурбинного цикла, которая затрачивается на привод турбокомпрессора 2 и электрогенератора 4.

Отработавшая в газовой турбине 1 газопаровая смесь поступает в котел-

утилизатор 5, где генерируется пар высоких параметров, который направляется в паровую турбину 6 [14].

В паровой турбине 6 в процессе расширения пара совершается полезная работа паротурбинного цикла, затрачиваемая на привод электрического

генератора 8. Отработавший в паровой турбине пар поступает в конденсатор

7, в котором конденсируется за счет охлаждения циркуляционной водой,

подаваемой по напорному трубопроводу 14 циркуляционным насосом 13 из водосборного бассейна 18 градирни. Подогретая в конденсаторе 7

циркуляционная вода по сливному напорному трубопроводу 16 подается в вытяжную башню 17 градирни, где охлаждается атмосферным воздухом в процессе тепло - и массообмена при непосредственном контакте с ним и стекает в водосборный бассейн 18. Конденсат отработавшего в турбине пара питательным насосом 9 подается в котел-утилизатор 5 [14].

Уходящие газы после котла - утилизатора 5 поступают в теплообменник

- утилизатор 10, где охлаждаются до температуры ниже точки росы циркуляционной водой, подаваемой циркуляционным насосом 13 по напорному трубопроводу 15. При этом водяной пар, содержащийся в уходящих газах в перегретом состоянии, конденсируется. Конденсат водяных паров, выделяющийся из продуктов сгорания в процессе их охлаждения ниже точки росы, стекает в конденсатосборник 11 и через гидрозатвор 12

направляется в бак чистых стоков (не показан). Уходящие газы после теплообменника-утилизатора 10 теплоты уходящих газов через дымовую трубу (не показана) отводятся в атмосферу.

Таким образом, снабжение парогазовой установки электростанции трубопроводом, соединяющим всасывающий короб турбокомпрессора газотурбинной установки с перфорированным коллектором, установленным в вытяжной башне градирни, и подача выходящего из нее насыщенного водяными парами и содержащего капельную влагу воздуха в турбокомпрессор, позволяют улучшить теплофизические свойства рабочего тела в турбокомпрессоре и в газовой турбине и повысить экономичность и мощность парогазовой установки электростанции за счет уменьшения работы сжатия в турбокомпрессоре и повышения располагаемого теплоперепада в газовой турбине. Кроме того, подача в камеру сгорания газотурбинной установки увлажненного воздуха уменьшает концентрацию оксидов азота в

продуктах сгорания и количество вредных выбросов в атмосферу и увеличивает срок службы высоконапряженных элементов газотурбинной установки за счет снижения температуры газов в камере сгорания [14].

Патент РФ 2453712

F01K23/10

Опубликовано: 20.06.2012

Авторы: Кудинов А.А.; Зиганшина С.К.; Горланов С.П

Парогазовая установка электростанции

Формула изобретения Парогазовая установка электростанции, 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, теплообменник - утилизатор теплоты уходящих газов,

снабженный конденсатосборником с гидрозатвором, систему оборотного водоснабжения, включающую циркуляционный насос, напорный трубопровод к конденсатору паровой турбины и теплообменнику-утилизатору теплоты уходящих газов и сливной напорный трубопровод к градирне, состоящей из вытяжной башни и водосборного бассейна, отличающаяся тем, что парогазовая установка электростанции дополнительно снабжена трубопроводом, соединяющим теплообменник-утилизатор теплоты уходящих газов с распределительным устройством, установленным в вытяжной башне градирни и состоящим не менее чем из двух соединенных между собой патрубком кольцевых перфорированных коллекторов переменного поперечного сечения, для равномерного перемешивания уходящих газов с движущимся в вытяжной башне градирни подогретым атмосферным воздухом и отвода их в атмосферу [13].

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),

Технический результат - повышение экономичности парогазовой установки электростанции за счет отвода уходящих газов из теплообменника -

утилизатора теплоты уходящих газов в атмосферу через вытяжную башню градирни вместе с подогретым в ней атмосферным воздухом.

На рисунке 15 представлена схема парогазовой установки электростанции и сечение А-А

Рисунок 15 – Схема парогазовой установки электростанции и сечение А-А 1 – газовая турбина; 2 – турбокомпрессор; 3 – камера сгорания; 4 – электрогенератор;

5 – котел-утилизатор; 6 – паровая турбина; 7 – конденсатор; 8 – электрический генератор;

9 – питательный насос; 10 –теплообменник-утилизатор теплоты уходящих газов;

11 – конденсатосборник; 12 – гидрозатвор; 13 – циркуляционный насос; 14, 15 – напорный трубопровод; 16 – сливной напорный трубопровод к градирне; 17 - вытяжная башня,

18 – водосборный бассейн; 19 – трубопровод; 20 – кольцевые перфорированные коллектора переменного поперечного сечения, 21 – патрубок.

Принцип работы Сжатый в турбокомпрессоре 2 атмосферный воздух подается в камеру

сгорания 3 для осуществления процесса горения топлива, при этом часть

сжатого воздуха предназначена для охлаждения продуктов сгорания топлива.

В результате сгорания топлива и смешения продуктов сгорания с избыточным воздухом образуется газовоздушная смесь, которая поступает в газовую турбину 1. В газовой турбине 1 совершается полезная работа газотурбинного цикла, которая затрачивается на привод турбокомпрессора 2 и

электрогенератора 4. Отработавшая в газовой турбине 1 газовоздушная смесь поступает в котел - утилизатор 5, где генерируется пар высоких параметров,

который направляется в паровую турбину 6, а уходящие газы (газовоздушная смесь) из котла-утилизатора 5 поступают в теплообменник - утилизатор 10.

В паровой турбине 6 в процессе расширения пара совершается полезная работа паротурбинного цикла, затрачиваемая на привод электрического генератора 8. Отработавший в паровой турбине 6 пар поступает в конденсатор

7, в котором конденсируется за счет охлаждения циркуляционной водой,

подаваемой по напорному трубопроводу 14 циркуляционным насосом 13 из водосборного бассейна 18 градирни. Подогретая в конденсаторе 7

циркуляционная вода по сливному напорному трубопроводу 16 подается в вытяжную башню 17 градирни, где охлаждается холодным атмосферным воздухом в процессе тепло - и массообмена при непосредственном контакте с ним и стекает в водосборный бассейн 18, при этом атмосферный воздух подогревается. Конденсат отработавшего в турбине 6 пара питательным насосом 9 направляется в котел - утилизатор 5 [13].

Уходящие газы после котла - утилизатора 5 поступают в теплообменник

- утилизатор 10, где охлаждаются до температуры ниже точки росы циркуляционной водой, подаваемой циркуляционным насосом 13 по напорному трубопроводу 15. При этом водяной пар, содержащийся в уходящих газах в перегретом состоянии, конденсируется. Конденсат водяных паров, выделяющийся из уходящих газов в процессе их охлаждения ниже точки росы, стекает в конденсатосборник 11 и через гидрозатвор 12

направляется в бак чистых стоков (не показан). Уходящие газы после теплообменника - утилизатора 10 теплоты уходящих газов по трубопроводу 19

подаются в распределительное устройство, установленное в вытяжной башне 17 градирни и состоящее из двух кольцевых перфорированных коллекторов 20 переменного поперечного сечения, соединенных между собой патрубком 21. Посредством распределительного устройства уходящие газы равномерно перемешиваются с движущимся в вытяжной башне градирни подогретым атмосферным воздухом и вместе с ним отводятся в атмосферу и рассеиваются в ней [13].

Таким образом, в заявленном решении уходящие газы после теплообменника - утилизатора теплоты уходящих газов по трубопроводу направляются в распределительное устройство, установленное в вытяжной башне градирни и состоящее из двух соединенных между собой патрубком кольцевых перфорированных коллекторов переменного поперечного сечения, перемешиваются с движущимся в вытяжной башне градирни подогретым атмосферным воздухом и вместе с ним отводятся в атмосферу и рассеиваются в ней, что позволяет исключить из схемы газоотводящую дымовую трубу и, тем самым, повысить экономичность парогазовой установки электростанции

[13].

Патент РФ № 2079672 F01K7/40

Опубликовано: 20.05.1997 Авторы: Чистов А.М., Девочкин М.А., Шелыгин Б.Л.

Способ регенерации теплоты пара в парогазовых циклах

Формула изобретения Способ регенерации теплоты пара в парогазовых циклах, включающий

деление питательной воды на два параллельных потока, один из которых, предварительно нагреваясь уходящими газами газового цикла, смешивается с другим потоком, ступенчато нагреваемым в регенеративных подогревателях

паром из отборов турбины, отличающийся тем, что после каждой ступени нагрева часть питательной воды отделяется и вводится в поток, проходящий через экономайзер газового котла и нагреваемый уходящими газами до точки смешения разделенных потоков, при этом в точках смешения температуры объединенных потоков равны [15].

Аналоги - 1. Рыжкин В.Я. Тепловые электрические станции. Учебник для вузов.- М.: 1987, с. 141, рис. II.1.

2. Рыжкин В.Я. Тепловые электрические станции. Учебник для вузов.- М.: 1987, с. 301, рис. 20.10.

В паротурбинной энергетике известен способ ступенчатого подогрева конденсата в поверхностных или смешивающих подогревателях, при этом происходит повышение температуры конденсата за счет обогрева его потоками пара из отборов паровой турбины.

Недостатком данного способа регенерации при использовании его в комбинированных циклах (число утилизационного типа) является снижение коэффициента полезного действия вследствие неиспользования теплоты уходящих газов ГТУ. В данном способе генерация пара для парового цикла осуществляется за счет теплоты уходящих газов газового цикла без сжигания энергетического топлива. При отборе потоков пара на регенерацию

(ступенчатый нагрев конденсата) соответственно снижается расход пара в конденсатор, что уменьшает количество вырабатываемой электроэнергии при прежних исходных энергозатратах и, как следствие, снижает КПД цикла [16].

Наиболее близким по своей технической сущности и достигаемому эффекту к заявляемому техническому решению является способ регенерации,

реализуемый в установке 2 где после процесса конденсации рабочей среды

(водяного пара) конденсат (питательная вода) делится на два параллельных потока. Один поток направляется на регенератный нагрев отбираемыми из паровой турбины потоками пара. Другой поток конденсата (питательной воды) нагревается в экономайзерной зоне котла - утилизатора газами,

уходящими из газовой турбины, утилизируя часть теплоты уходящих газов

газового цикла. Доли потоков питательной воды, направляемые на регенерацию (в паровом цикле) и в экономайзерную зону утилизации уходящих газов, определяются исходя из максимальной экономической целесообразности [16].

Недостатком известного способа регенерации является нерациональное выполнение процесса подогрева питательной воды в системе регенерации паротурбинной подстройки и экономайзере котла, что снижает КПД парогазовой установки.

Технический результат - Изобретение направлено на устранение данного недостатка и повышение КПД парогазовой установки.

На рисунке 16 представлена схема парогазовой установки согласно изобретению.

Рисунок 16 – Парогазовая установка

1 – газовая турбина; 2 – котел-утилизатор; 3 – камера дожигания; 4 – пароперегреватель;

5 – испарительный пакет, 6 – экономайзер, 7 – паровая турбина, 8 – конденсатор,

9 – конденсатный насос; 10,11 – линии; 12,13,14 – регенеративные подогреватели;

16,17,18 – отборы пара, 15,19,20 – точки смешения, 21,22 – линии; 23,24 – отбор питательной воды