Патент на изобретение №2349763

(54) СПОСОБ РАБОТЫ ТЕПЛОЭЛЕКТРОЦЕНТРАЛИ

(57) Реферат:

Изобретение относится к области энергетики. Предложен способ работы теплоэлектроцентрали, надстроенной парогазовым блоком с двухконтурным котлом-утилизатором. 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 теплоэлектроцентрали при меньших дополнительных капитальных затратах. 72 ил.

Способ работы теплоэлектроцентрали относится к области энергетики, а точнее к способу работы теплоэлектроцентрали, надстроенной парогазовым блоком с двухконтурными котлами-утилизаторами.

Известен способ работы паротурбинных теплоэлектроцентралей, работающих по термодинамическому циклу Ренкина, содержащих паровые котлы и теплофикационные паровые турбины с регенеративными и теплофикационными отборами пара, согласно которому в паровых котлах сжигают топливо, вырабатывают в них пар, расширяют в теплофикационных паровых турбинах, совершая полезную работу. Часть пара отбирают из регенеративных отборов высокого давления теплофикационных паровых турбин и используют для подогрева питательной воды паровых котлов, а также для подогрева сетевой воды теплосети. (Теплотехнический справочник, том 1, М., Энергия, 1975, стр.283, 460-467, 490-491).

Для теплоэлектроцентралей, работающих по этому способу, характерна сравнительно невысокая тепловая экономичность из-за невысоких начальной температуры и коэффициентов полезного действия их паровых котлов.

Повышение тепловой экономичности теплоэлектроцентралей осуществляют путем их надстройки парогазовыми установками.

Известен способ надстройки паротурбинного энергоблока газотурбинной установкой с котлом-утилизатором (С.Цанев, В.Буров, М.Соколова. Парогазовые установки с параллельной схемой работы на докритических параметрах пара. «Газотурбинные технологии». Май-июнь 2003 г., с.2, рис.1). Данный способ предусматривает выработку пара для паровой конденсационной турбины в паровом котле и в котле-утилизаторе (КУ) газотурбинной установки. В последнем по ходу газов размещены пароперегреватель, испаритель, подогреватель питательной воды, газовый подогреватель конденсата. Пар, выработанный в котле-утилизаторе, подают на вход паровой турбины. Для более полной утилизации теплоты уходящих газов газотурбинной установки (ГТУ) в котле-утилизаторе (КУ) осуществляют подогрев части основного конденсата паровой турбины и питательной воды котельного агрегата. Данный способ повышает тепловую экономичность конденсационной паротурбиной установки за счет ее надстройки ГТУ с КУ, но применим преимущественно для модернизации действующих пылеугольных блоков.

Наиболее близким техническим решением является способ работы теплоэлектроцентрали (Длугосельский В.И., Гольдштейн А.Д. и др. Техническое перевооружение ТЭЦ на базе парогазовых технологий с использованием параллельной схемы. «Теплоэнергетика». №12, 2006 г., с.11-18). Во втором варианте способа, рассмотренного в статье, надстройку ТЭЦ производят газотурбинной установкой с блочным дожигающим устройством перед одноконтурным КУ, с генерацией в нем пара высокого давления и подачей его в главный паропровод теплофикационной паровой турбины, в отличие от приведенного на рис. статьи третьего варианта – тепловой схемы ТЭЦ с догревом пара, выработанного в одноконтурном КУ парогазового блока, в пароперегревателе парового котла.

Согласно этому способу теплоэлектроцентраль надстраивают газотурбинной установкой с камерой дожигания перед одноконтурным котлом-утилизатором; в паровом котле теплоэлектроцентрали сжигают топливо и вырабатывают первый поток пара высокого давления для теплофикационной паровой турбины, второй поток пара высокого давления вырабатывают в котле-утилизаторе за счет теплоты уходящих газов газовой турбины и сжигания дополнительного топлива в камере дожигания, подогретую в подогревателе питательной воды котла-утилизатора питательную воду разделяют на два потока, один из которых подают в паровой котел, а другой используют для выработки в котле-утилизаторе пара высокого давления и подачи его в теплофикационную паровую турбину для последующего расширения и совершения полезной работы. Регенеративные отборы высокого давления теплофикационной паровой турбины используют для подогрева питательной воды парового котла. Паром из теплофикационных отборов паровой турбины подогревают сетевую воду теплосети.

Из-за выработки в котле-утилизаторе пара высокого давления уменьшают расход питательной воды через регенеративные подогреватели и выработку пара высокого давления в паровом котле теплоэлектроцентрали. Соответственно уменьшают (вытесняют) отборы пара на подогреватели высокого давления из регенеративных отборов высокого давления паровой турбины, вытесненный пар дополнительно расширяют в теплофикационной паровой турбине до конденсатора.

Такой способ позволяет повысить электрический КПД теплоэлектроцентрали и увеличить мощность теплофикационной паровой турбины.

Его недостатками являются неиспользование утилизируемой теплоты газов в котле-утилизаторе для подогрева сетевой воды теплосети и нереализованная возможность дополнительного увеличения мощности паровой турбины при расширении в ней вытесненных теплофикационных отборов пара паровой турбины; недостаточное повышение электрического КПД теплоэлектроцентрали и снижение удельных расходов топлива на выработанную электрическую и тепловую энергию.

Задачей предлагаемого технического решения является разработка способа работы теплоэлектроцентрали, надстроенной парогазовым блоком с газовой турбиной и двухконтурным котлом-утилизатором, при ее работе в режимах с постоянными расходом пара на теплофикационную паровую турбину и теплофикационной нагрузкой, позволяющего повысить электрическую мощность теплофикационной паровой турбины, уменьшить удельные расходы топлива на выработанную теплоэлектроцентралью электрическую и тепловую энергию.

Поставленная задача решается за счет способа работы теплоэлектроцентрали, согласно которому ее надстраивают газотурбинной установкой с котлом-утилизатором, паровом котле сжигают топливо и вырабатывают первый поток пара высокого давления, второй поток пара высокого давления в котле-утилизаторе парогазового блока, за счет сжигания дополнительного топлива в камере сгорания газовой турбины и использования теплоты продуктов сгорания топлива; замещают часть потока пара высокого давления, выработанного в паровом котле теплоэлектроцентрали, паром высокого давления, выработанным в котле-утилизаторе, суммарный поток пара высокого давления направляют для расширения и совершения работы в теплофикационную паровую турбину теплоэлектроцентрали, пар из ее регенеративных отборов высокого давления используют для подогрева питательной воды парового котла теплоцентрали, паром, отбираемым из ее теплофикационных отборов, подогревают сетевую воду теплосети в соответствии с теплофикационной нагрузкой теплоэлектроцентрали, отличающегося тем, что в уходящих газах производят дожигание топлива, котел-утилизатор выполняют двухконтурным и дополнительно вырабатывают в нем пар низкого давления, расход пара из регенеративных отборов высокого давления теплофикационной паровой турбины теплоэлектроцентрали уменьшают на 12-15% от величины замещенного расхода пара; в теплофикационные отборы теплофикационной паровой турбины теплоэлектроцентрали подают пар низкого давления из второго контура двухконтурного котла-утилизатора, снижая в соответствии с теплофикационной нагрузкой теплоэлектроцентрали величину отборов пара из ее теплофикационных отборов, оставшуюся часть пара регенеративных отборов высокого давления и теплофикационных отборов дополнительно расширяют в этой теплофикационной паровой турбине для совершения работы.

Предлагаемый способ позволяет выработку пара в паровом котле и расход потребляемого им топлива уменьшить пропорционально выработке пара высокого давления в котле-утилизаторе; производить выработку в двухконтурном котле-утилизаторе пара низкого давления и использовать его для подогрева части сетевой воды теплосети; уменьшить расход пара из теплофикационных отборов паровой турбины для подогрева сетевой воды; дополнительно расширять в теплофикационной паровой турбине вытесненную часть регенеративных отборов высокого давления и теплофикационных отборов паровой турбины, увеличить ее электрическую мощность.

Предлагаемое техническое решение позволяет повысить тепловую экономичность теплоэлектроцентрали, увеличить на ней выработку электроэнергии, снизить удельные расходы топлива на вырабатываемую электрическую и тепловую энергию, повысить конкурентоспособность действующих теплоэлектроцентралей на энергетическом рынке.

На чертежах, поясняющих предлагаемый способ, на фиг.1 показана блок-схема теплоэлектроцентрали, надстроенной парогазовым блоком, на фиг.2 приведена ее принципиальная схема.

Блок-схема теплоэлектроцентрали, надстроенной парогазовым блоком с двухконтурным котлом-утилизатором, изображенная на фиг.1, состоит из: парогазового блока 1 и блока теплоэлектроцентрали 2. На фиг.2 показана принципиальная схема теплоэлектроцентрали, надстроенной парогазовым блоком с двухконтурным котлом-утилизатором.

Парогазовый блок 1, изображенный на фиг.1, 2, включает газовую турбину 3 с электрогенератором 4, камеру дожигания 5, выхлопной газоход 6 газовой турбины, двухконтурный котел-утилизатор 7, содержащий первый контур высокого давления с пароперенагревателем высокого давления 9, испарителем и водяным экономайзером высокого давления 10, трубопровод питательной воды высокого давления 11, второй контур низкого давления 12, паропровод низкого давления 13, выходной газоход 25 котла-утилизатора.

Блок теплоэлектроцентрали 2, изображенный на фиг.1, 2, включает главный паропровод 14, теплофикационную паровую турбину 15 с электрогенератором 16, паровой котел 17, трубопровод 18 регенеративных отборов пара высокого давления, подогреватели 19 высокого давления, трубопровод 20 подвода пара низкого давления в теплофикационную паровую турбину 15, деаэратор 21, трубопровод 22 питательной воды парового котла 17, трубопровод 23 питательной воды низкого давления.

Предлагаемый способ работы теплоэлектроцентрали, надстроенной парогазовым блоком с двухконтурным котлом-утилизатором, осуществляют следующим образом.

В паровом котле 17 теплоэлектроцентрали 2 сжигают топливо и вырабатывают первый поток пара высокого давления, по главному паропроводу 14 подводят к теплофикационной паровой турбине 15 и генерируют электроэнергию в электрогенераторе 16. В деаэраторе 21 деаэрируют питательную воду и подают через трубопровод 22 питательной воды высокого давления и подогреватели высокого давления 19 в паровой котел 17. Греющий пар из регенеративных отборов высокого давления теплофикационной паровой турбины 15 подают по трубопроводу регенеративных отборов пара высокого давления 18 в подогреватели высокого давления 19 и подогревают в них питательную воду парового котла 17.

Газовая турбина 3 парогазового блока 1 приводит в движение электрогенератор 4, вырабатывающий электроэнергию. В камере сгорания газовой турбины 3 и в камере дожигания топлива 5 в уходящих газах газовой турбины 3 сжигают дополнительное количество топлива. Продукты сгорания топлива по выхлопному газоходу 6 подают в двухконтурный котел-утилизатор 7 парогазового блока 1 и за счет использования теплоты продуктов сгорания топлива вырабатывают в нем второй поток пара высокого давления. Пар из пароперегревателя высокого давления 9 двухконтурного котла-утилизатора 7 подают по паропроводу перегретого пара 8 в главный паропровод 14 блока теплоэлектроцентрали 2.

Суммарный поток пара высокого давления направляют для расширения и совершения работы в теплофикационную паровую турбину теплоэлектроцентрали 15. Пар из ее регенеративных отборов высокого давления используют для подогрева питательной воды парового котла 17 теплоцентрали 2 паром, отбираемым из ее теплофикационных отборов, подогревают сетевую воду теплосети.

Питательную воду в водяной экономайзер первого контура высокого давления 10 двухконтурного котла-утилизатора 7 парогазового блока 1 подают из деаэратора 21 блока теплоэлектроцентрали 2 по трубопроводу 11 питательной воды высокого давления. Питательную воду в паровой котел 17 теплоцентрали 2 подают из деаэратора 21 блока теплоэлектроцентрали 2 по трубопроводу 22 питательной воды высокого давления.

За счет выработки пара высокого давления в первом контуре высокого давления 10 двухконтурного котла утилизатора 7 при постоянном расходе пара на теплофикационную турбину 15 уменьшается выработка пара высокого давления в котле-утилизаторе, а также уменьшается расход питательной воды через подогреватели высокого давления 19. Соответственно частично, на 12-15% вытесняются отборы пара из регенеративных отборов высокого давления теплофикационной паровой турбины 15 в подогреватели высокого давления 18 паром высокого давления котла-утилизатора 7 и давлением острого пара. Расширяют вытесненный пар регенеративных отборов высокого давления в теплофикационной паровой турбине 15 с дополнительным увеличением ее мощности.

Во втором контуре низкого давления 12 двухконтурного котла-утилизатора 7 вырабатывают пар низкого давления и по паропроводу низкого давления 13 подают его через трубопровод 20 подвода пара низкого давления в теплофикационные отборы теплофикационной паровой турбины 15. Суммарными потоками пара из теплофикационных отборов и пара низкого давления нагревают сетевую воду теплосети. Теплофикационные отборы пара из паровой турбины частично вытесняются, с учетом повышения температуры газа в камере дожигания перед котлом-утилизатором. Вытесненный пар теплофикационных отборов расширяется в паровой турбине с дополнительным увеличением ее электрической мощности.

Питательную воду во второй контур низкого давления 12 двухконтурного котла-утилизатора 7 подают из деаэратора 21 по трубопроводу 23 питательной воды низкого давления. Продукты сгорания топлива из котла-утилизатора 7 по выходному газоходу 24 сбрасывают в атмосферу.

Технический результат предлагаемого способа работы теплоэлектроцентрали, надстроенной парогазовым блоком, заключается в том, что выработка пара высокого давления и расход топлива в паровом котле уменьшается пропорционально выработке пара высокого давления в котле-утилизаторе; регенеративные отборы пара высокого давления из теплофикационной паровой турбины снижаются на 12-15% относительно выработки пара высокого давления в котле-утилизаторе; теплофикационные отборы пара из паровой турбины снижаются с учетом повышения температуры газа в камере дожигания перед котлом-утилизатором; дополнительно повышается электрическая мощность паровой турбины ТЭЦ за счет расширения в ней вытесненых потоков пара регенеративных отборов высокого давления и пара теплофикационных отборов; увеличивается тепловая экономичность надстраиваемой ТЭЦ, уменьшается удельный расход топлива на выработанную электрическую и тепловую энергию как за счет уменьшения расхода топлива в котельном агрегате ТЭЦ, так и в результате повышения электрической мощности паровой турбины.

Формула изобретения

Способ работы теплоэлектроцентрали, согласно которому в ее паровом котле сжигают топливо и вырабатывают первый поток пара высокого давления, второй поток пара высокого давления в котле-утилизаторе парогазового блока за счет сжигания дополнительного топлива в камере сгорания газовой турбины и использования теплоты продуктов сгорания топлива; замещают часть потока пара высокого давления, выработанного в паровом котле теплоэлектроцентрали, паром высокого давления, выработанным в котле-утилизаторе, суммарный поток пара высокого давления направляют для расширения и совершения работы в теплофикационную паровую турбину теплоэлектроцентрали, пар из ее регенеративных отборов высокого давления используют для подогрева питательной воды парового котла теплоцентрали, паром, отбираемым из ее теплофикационных отборов, подогревают сетевую воду теплосети в соответствии с теплофикационной нагрузкой теплоэлектроцентрали, отличающийся тем, что в уходящих газах производят дожигание топлива, котел-утилизатор выполняют двухконтурным и дополнительно вырабатывают в нем пар низкого давления, расход пара из регенеративных отборов высокого давления теплофикационной паровой турбины теплоэлектроцентрали уменьшают на 12-15% от величины замещенного расхода пара; в теплофикационные отборы теплофикационной паровой турбины теплоэлектроцентрали подают пар низкого давления из второго контура двухконтурного котла-утилизатора, снижая в соответствии с теплофикационной нагрузкой теплоэлектроцентрали величину отборов пара из ее теплофикационных отборов, оставшуюся часть пара регенеративных отборов высокого давления и теплофикационных отборов дополнительно расширяют в этой теплофикационной паровой турбине для совершения работы.

РИСУНКИ