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.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области энергетики и может быть использовано на тепловых электрических станциях при выработке электрической энергии в комбинированных установках, включающих газовую и паровую турбины.

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 [1]

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.

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.

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

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

В заявленном способе регенерации теплоты, включающем использование теплоты уходящих газов газового цикла и теплоты регенеративных отборов пара турбины, питательная вода делится на два параллельных потока, один из которых, предварительно нагреваясь уходящими газами, смешивается с другим потоком ступенчато нагреваемым паром из отборов турбины, при этом после каждой ступени нагрева часть питательной воды отделяется и вводится в поток питательной воды, проходящий через экономайзер котла и нагреваемый уходящими газами.

Отделение потока питательной воды после каждой ступени регенеративного нагрева уменьшает ее расход через последующую ступень. В экономайзерной зоне котла имеется ступенчатое повышение расхода питательной воды по ходу ее движения за счет ввода отделенных потоков из системы регенерации. Эти потоки вводятся в ту точку экономайзерной зоны, где температуры смешиваемых потоков равны. При таком способе организации регенерации рабочей среды становится возможным в начальной стадии регенерации максимально загрузить первые ступени нагрева питательной воды (по ходу ее движения), а в конечной разгрузить и, возможно, совсем отказаться от последних ступеней нагрева питательной воды, передав нагрузку в экономайзерную зону нагрева питательной воды в процессе утилизации уходящих из газового цикла газов.

Такие признаки, как отделение после каждой ступени нагрева части питательной воды и ввод до точки смещения (ранее разделенных потоков) в нагревательный уходящими газами поток (ступенчатого повышая его расход), а также равенство температур, объединяемых потоков, приводят к техническому результату, обслуживающему оптимальный проход пара через турбины в конденсатор, в следствии чего увеличивается выработка электроэнергии, а значит и КПД ГТУ.

Сущность заявляемого способа регенерации теплоты отработавшего пара в парогазовых циклах реализуется в комбинированной установке, представленной на чертеже.

Комбинированная парогазовая установка включает газовую турбину 1, сообщаемую с котлом-утилизатором 2, где по ходу газового тракта размещены камера дожигания 3, пароперегреватель 4, испарительный пакет 5 и экономайзер 6. Пароперегреватель 4 сообщен с паровой турбиной 7, снабженной конденсатором 8 и конденсатным насосом 9. После конденсатного насоса 9 питательная магистраль делится на две параллельные линии: линию 10, сообщаемую с входной частью экономайзера 6; и линию 11, которая, проходя последовательно через регенеративные подогреватели 12, 13, 14, сообщается с выходной частью 12, 13 и 14 с паровой турбиной 7 сообщаются отборами пара 16, 17 и 18. По ходу движения питательной воды в экономайзере 6 предусмотрены точки смешения 19 и 20, сообщаемые линиями 21 и 22 с точками отбора питательной воды 23 и 24 в линии 11 за подогревателями 23 и 24.

Комбинированная парогазовая установка работает следующим образом. Уходящие из газовой турбины 1 газы поступают в камеру дожигания 3 котла-утилизатора 2, где их температура повышается за счет сжигания дополнительного топлива. Последовательно омывая пароперегреватель 4, испарительный пакет 5 и экономайзер 6, уходящие газы охлаждаются и удаляются в атмосферу. Питательная вода, проходя экономайзер 6, испарительный пакет 5 и пароперегреватель 4, нагревается, испаряется и перегревается до требуемой температуры. Из пароперегревателя 4 пар поступает в паровую турбину 7, где, расширяясь, совершает работу и конденсируется в конденсаторе 8. После конденсатора 8 насос 9 подает питательную воду (деля ее на два параллельных потока) в линию 10 (с расходом 5 15%) и в линию 11 (с расходом 85 95%).

Первый поток питательной воды по линии 10 поступает во входную часть экономайзера 6 и, утилизируя теплоту уходящих газов, по ходу движения до точки 19 нагревается до некоторой температуры. Другой поток питательной воды (85 - 95% ) по линии 11 поступает в подогреватель 12, где нагревается паром из отбора 16, после чего часть питательной воды (25 35%) из точки 23 по линии 21 вводится в точку смешения 19 экономайзера 6 и смешивается с потоком воды, поступающей из линии 10. Расход пара в подогреватель 12 из отбора 16 устанавливают таким, чтобы температура потока в точке 23 равнялась температуре потока, поступающего на смешение в точку 19 через входную экономайзерную часть из линии 10. После смешения потоков воды, поступающих из линии 10 и 21, объединенный поток движется в экономайзере 6 от точки 19 до точки 20, нагреваясь при этом уходящими газами.

Питательная вода линии 11 от точки 23 с пониженным расходом (за счет отбора части воды по линии 21) поступает в подогреватель 13, где нагревается паром из отбора 17, после чего часть питательной воды (25 35%) из точки 24 по линии 22 вводится в точку смешения 20 экономайзера 6 и смешивается с потоком воды, движущейся в экономайзере 6 от точки 19 к точке 20. При этом снижение расхода воды в подогреватель 13 (от точки 23 до точки 24) снижает расход пара из отбора 17, повышая расход пара через паровую турбину 7 в конденсатор 8 и увеличивая выработку электроэнергии. Расход пара в подогреватель 13 из отбора 17 устанавливают таким, чтобы температура потока в точке 24 равнялась температуре потока, поступающего в точку 20 из нижней части экономайзера 6. После смешения потоков в точке 20 объединенный поток движется в экономайзере 6 от точки 20 до точки 15, нагреваясь при этом охлаждаемыми уходящими газами.

Оставшаяся часть питательной воды линии 11 от точки 24 с пониженным расходом (за счет отбора части воды по линии 22) поступает в подогреватель 14, где нагревается паром из отбора 18, после чего вводится в точку смешения 15 экономайзера 6 и смешивается с потоком, движущимся от точки 20 к точке 15. При этом снижение расхода воды в подогреватель 14 (от точки 24 до точки 15) снижает расход пара из отбора 18, повышая расход пара через паровую турбину 7 в конденсатор 8 и увеличивая выработку электроэнергии. Расход пара в подогреватель 14 из отбора 18 устанавливают таким, чтобы температура потока, поступающего из линии 11 (от подогревателя 14) в точку смешения 15, равнялась температуре потока, поступающего в точку 15 из нижней части экономайзера 6. После смешения объединенный поток рабочей среды (питательной воды), нагреваясь уходящими газами в верхней части экономайзера 6, направляется на парообразование в испарительный пакет 5, а затем на перегрев в пароперегреватель 4.

Таким образом, ступенчатый отбор питательной воды из системы регенеративного нагрева паром отборов турбины (снижение расхода питательной воды за каждым подогревателем) снижает расход пара через отборы высокого давления (отбор 18 на подогреватель 14), повышая расход пара через отборы низкого давления (отбор 17 на подогреватель 13 и отбор 16 на подогреватель 12), при соответствующем повышении выработки электроэнергии в паровой турбине 7 и неизменных исходных энергозатратах. Одновременно ступенчатый ввод питательной воды в экономайзер 6 через точки смешения 19, 20 и 15 при соответствующих температурах рабочей среды ступенчато повышает расход рабочей среды в экономайзер 6, что способствует повышению эффективности утилизации теплоты газов, уходящих из газового цикла.

Использование предлагаемого способа регенерации рабочей среды в парогазовых циклах по сравнению с известным способом позволяет повысить КПД комбинированной установки на 1 2%