RU133566U1

RU133566U1 - STEAM GAS INSTALLATION

Info

Publication number: RU133566U1
Application number: RU2013122448/06U
Authority: RU
Inventors: Борис Леонидович Шелыгин; Евгений Сергеевич Малков
Priority date: 2013-05-15
Filing date: 2013-05-15
Publication date: 2013-10-20

Abstract

Парогазовая установка, включающая газовую турбину, котел-утилизатор с пароперегревательными и испарительно-экономайзерными частями, камерой сжигания дополнительного топлива, газовым подогревателем конденсата и паровую турбину, отличающаяся тем, что котел-утилизатор дополнительно снабжен газовым подогревателем сетевой воды, при этом в газоходе котла-утилизатора за пароперегревательными и испарительно-экономайзерными камерами последовательно установлены газовый подогреватель конденсата, газоплотные шиберы, камера сжигания дополнительного топлива, оборудованная воздушными каналами, и газовый подогреватель сетевой воды, а паровая турбина конденсационного типа.Combined-cycle plant, including a gas turbine, a waste heat boiler with steam superheater and evaporator-economizer parts, an additional fuel combustion chamber, a gas condensate heater and a steam turbine, characterized in that the waste heat boiler is additionally equipped with a gas network water heater, while in the boiler flue a gas condensate heater, gas-tight gates, an additional combustion chamber are sequentially installed behind the superheater and evaporator-economizer chambers fuel, equipped with air channels, and a gas heater for network water, and a steam turbine of condensation type.

Description

Полезная модель относится к области теплоэнергетики и может быть использована в парогазовых установках с котлами-утилизаторами и паровыми турбинами конденсационного типа.The utility model relates to the field of power engineering and can be used in combined cycle plants with recovery boilers and condensing type steam turbines.

Известна парогазовая установка (Цанев С.В., Буров В.Д., Ремезов А.Н. Газотурбинные и парогазовые установки тепловых электростанций: Учебное пособие для вузов / Под ред. С.В. Цанева - М.: Издательство МЭИ, 2002, 579 с., стр.-426), содержащая газовую турбину, одноконтурный котел-утилизатор с двумя камерами дожигания и газовым сетевым подогревателем, паровую турбину с противодавлением с производственными и отопительными отборами пара. Пар отборов паровой турбины обеспечивает технологическую тепловую нагрузку и подогрев сетевой воды в двухступенчатой сетевой установке. Пик потребления тепловой энергии обеспечивается свежим паром в пиковом бойлере, а также включением камеры дожигания перед газовым сетевым подогревателем в котле-утилизаторе.A well-known combined-cycle plant (Tsanev S.V., Burov V.D., Remezov A.N. Gas-turbine and combined-cycle plants of thermal power plants: Textbook for universities / Edited by S.V. Tsanev - M .: MEI Publishing House, 2002, 579 p., P. 426), containing a gas turbine, a single-circuit waste heat boiler with two afterburners and a gas mains heater, a backpressure steam turbine with production and heating steam extraction. Steam extraction steam turbine provides the technological heat load and heating of the mains water in a two-stage network installation. The peak of heat energy consumption is provided by fresh steam in the peak boiler, as well as by switching on the afterburner in front of the gas network heater in the recovery boiler.

Недостатком указанного технического решения является отсутствие возможности применения для увеличения тепловой мощности парогазовых установок с котлами-утилизаторами и паровыми турбинами конденсационного типа, а также использование камеры дожигания только в режимах пикового потребления тепловой мощности.The disadvantage of this technical solution is the lack of the possibility of using steam-gas units with heat recovery boilers and steam turbines of the condensation type to increase the thermal power, as well as the use of the afterburner only in peak heat consumption modes.

Известна парогазовая установка (патент на изобретение РФ №2100619, МПК F01K 21/04, 1997 г.), принятая за прототип, содержащая газовую турбину, паровую турбину с регенеративными подогревателями, котел с топочной камерой (топкой) и горелками топки, снабженный барабаном и газоходом, сообщенным на входе с выхлопом газовой турбины с возможностью перекрытия указанного входа газоплотной заслонкой, а на выходе - с топкой, снабженный дополнительной конвективной поверхностью нагрева, размещенной по ходу выхлопных газов турбины, при этом упомянутый газоход содержит вход по воздуху, сообщенный с воздуходувкой с возможностью перекрытия его газоплотной заслонкой и расположенный по ходу выхлопных газов перед указанной дополнительной поверхностью.Known combined-cycle plant (patent for the invention of the Russian Federation No. 2100619, IPC F01K 21/04, 1997), adopted as a prototype containing a gas turbine, a steam turbine with regenerative heaters, a boiler with a combustion chamber (furnace) and furnace burners, equipped with a drum and a gas duct communicated at the inlet with the exhaust of the gas turbine with the possibility of blocking the specified inlet with a gas tight damper, and at the outlet with a firebox equipped with an additional convective heating surface located along the exhaust gases of the turbine, while the said gas duct keeps the air inlet connected with the blower with the possibility of overlapping it with a gas tight damper and located along the exhaust gases in front of the indicated additional surface.

Недостатком указанного технического решения является высокое аэродинамическое сопротивление котла-утилизатора при использовании камеры дожигания, отсутствие возможности применения для увеличения тепловой мощности парогазовых установок с котлами-утилизаторами и паровыми турбинами конденсационного типа, а также использование камеры дожигания только в режимах пикового потребления тепловой мощности.The disadvantage of this technical solution is the high aerodynamic resistance of the recovery boiler when using the afterburner, the lack of the possibility of using steam-gas units with recovery boilers and condensing type turbines to increase the thermal power, and the use of the afterburner only in peak heat consumption modes.

В известных котлах-утилизаторах перечисленных парогазовых установок, вырабатывающих пар за счет утилизации тепловой энергии уходящих газов газотурбинной установки, по ходу газов расположены: пароперегреватель, испарительный контур, газовый подогреватель конденсата. Для котлов-утилизаторов, входящих в состав парогазовых установок с паровой турбиной конденсационного типа, отпуск тепловой энергии может осуществляться только от теплообменника, греющей средой которого является основной конденсат после газового подогревателя конденсата. Установленная тепловая мощность в таком случае незначительна, тепловая энергия, отпускается только на собственные нужды станции. Для отпуска тепловой энергии внешнему потребителю на станциях с указанными энергоблоками требуется установка водогрейных котлоагрегатов. Это является основным недостатком парогазовых установок с паровой турбиной конденсационного типа.In the well-known waste heat boilers of the listed combined cycle plants that produce steam by utilizing the thermal energy of the flue gases of the gas turbine unit, the following are located along the gas: superheater, evaporative circuit, gas condensate heater. For waste-heat boilers that are part of combined-cycle plants with a condensing type steam turbine, heat energy can be released only from the heat exchanger, the heating medium of which is the main condensate after the gas condensate heater. The installed heat capacity in this case is insignificant, the heat energy is released only for the station’s own needs. To supply thermal energy to an external consumer at stations with the indicated power units, the installation of hot-water boiler units is required. This is the main disadvantage of combined cycle plants with a condensing type steam turbine.

Технический результат заявленной полезной модели заключается в повышении эффективности парогазовой установки с котлами-утилизаторами и паровыми турбинами конденсационного типа, а именно в увеличении тепловой мощности и в повышении надежности теплоснабжения.The technical result of the claimed utility model is to increase the efficiency of a combined cycle plant with waste heat boilers and condensing type steam turbines, namely, to increase the heat output and increase the reliability of heat supply.

Технический результат достигается тем, что в парогазовой установке, включающей газовую турбину, котел-утилизатор с пароперегревательными и испарительно-экономайзерными частями, камерой сжигания дополнительного топлива, газовым подогревателем конденсата, и паровую турбину, котел-утилизатор дополнительно снабжен газовым подогревателем сетевой воды, при этом в газоходе котла-утилизатора за пароперегревательными и испарительно-экономайзерными камерами последовательно установлены газовый подогреватель конденсата, газоплотные шиберы, камера сжигания дополнительного топлива, оборудованная воздушными каналами, и газовый подогреватель сетевой воды, а паровая турбина конденсационного типа.The technical result is achieved by the fact that in a combined cycle plant including a gas turbine, a waste heat boiler with steam superheater and evaporator-economizer parts, an additional fuel combustion chamber, a gas condensate heater, and a steam turbine, a waste heat boiler is additionally equipped with a gas network water heater, while in the flue of the recovery boiler behind the steam superheater and evaporator-economizer chambers, a gas condensate heater, gas-tight gates are installed in series , an additional fuel combustion chamber equipped with air channels, and a gas heater for network water, and a steam turbine of a condensing type.

Размещение камеры сжигания дополнительного топлива за газовым подогревателем конденсата снижает аэродинамическое сопротивление газового тракта по сравнению с прототипом, следовательно, в заявленной парогазовой установке величина снижения электрической мощности газовой турбины имеет меньшее значение.Placing the combustion chamber for additional fuel behind the gas condensate heater reduces the aerodynamic drag of the gas path in comparison with the prototype, therefore, in the inventive combined cycle plant, the magnitude of the decrease in the electric power of the gas turbine is less important.

Заявленное техническое решение поясняется иллюстрацией, на которой изображена парогазовая установка, включающая компрессор 1, камеру сгорания газовой турбины 2, газовую турбину 3, котел-утилизатор 4 с пароперегревательными и испарительно-экономайзерными частями и газовым подогревателем конденсата 5. В газовом тракте котла-утилизатора 4 за газовым подогревателем конденсата 5 установлена камера сжигания дополнительного топлива 6. В газовом тракте котла-утилизатора 4 между газовым подогревателем конденсата 5 и камерой сжигания дополнительного топлива 6 установлены газоплотные шиберы 7, обеспечивающие перекрытие газохода при останове газовой турбины 2. В камере сжигания дополнительного топлива 6 по всему поперечному сечению размещены горелочные устройства 8, а в боковых стенах газохода установлены каналы для подачи воздуха 9. Последним по ходу выхлопных газов в газовом тракте котла-утилизатора 4 установлен газовый подогреватель сетевой воды 10. Паровая турбина конденсационного типа (на иллюстрации не показана).The claimed technical solution is illustrated by the illustration, which shows a combined-cycle plant including a compressor 1, a combustion chamber of a gas turbine 2, a gas turbine 3, a waste heat boiler 4 with steam overheating and evaporation-economizer parts and a gas condensate heater 5. In the gas path of the waste heat boiler 4 behind the gas condensate heater 5, an additional fuel combustion chamber is installed 6. In the gas path of the recovery boiler 4, between the gas condensate heater 5 and the combustion chamber, an additional of the fuel 6, gas-tight shutters 7 are installed, which ensure that the gas duct is shut off when the gas turbine 2 is stopped. Burners 8 are installed in the additional fuel combustion chamber 6 along the entire cross section, and air supply ducts are installed in the side walls of the gas duct 9. Last along the exhaust gas flow The gas path of the recovery boiler 4 is equipped with a gas heater for network water 10. A condensing type steam turbine (not shown in the illustration).

Парогазовая установка работает следующим образом. Сжатый до необходимого давления атмосферный воздух из компрессора 1 поступает в камеру сгорания газовой турбины 2, туда же подается основное топливо (природный газ), которое сгорая, образует большое количество продуктов сгорания под высоким давлением, поступающих в газовую турбину 3. Выхлопные газы газовой турбины 3 с температурой 480÷550°C поступают в котел-утилизатор 4, последовательно проходят пароперегревательные и испарительно-экономайзерные части где, за счет утилизации теплоты, температура выхлопных газов снижается до 95÷120°C. После газового подогревателя конденсата 5, выхлопные газы поступают в камеру сжигания дополнительного топлива 6, где в потоке выхлопных газов сжигается дополнительное топливо (природный газ) подаваемое в горелочные устройства 8. В результате этого температура выхлопных газов возрастает до 200÷270°C и снижается коэффициент избытка воздуха. В газовом подогревателе сетевой воды 10 нагревается сетевая вода до температуры, соответствующей температурному графику. За газовым подогревателем сетевой воды 10 выхлопные газы с температурой 105÷110°C через дымовую трубу выводятся в атмосферу. В случае останова газовой турбины 3 газоплотные шиберы 7 закрывают газоход, а через каналы для подачи воздуха 9 подается воздух в количестве, обеспечивающем полное сгорание топлива (природного газа).Combined-cycle plant operates as follows. Compressed to the required pressure, the atmospheric air from the compressor 1 enters the combustion chamber of the gas turbine 2, and the main fuel (natural gas) is supplied there, which, when burned, forms a large amount of high-pressure combustion products entering the gas turbine 3. The exhaust gases of the gas turbine 3 with a temperature of 480 ÷ 550 ° C enter the waste heat boiler 4, steam-overheating and evaporative-economizer parts pass sequentially where, due to heat recovery, the temperature of the exhaust gases decreases to 95 ÷ 120 ° C. After the gas condensate heater 5, the exhaust gases enter the combustion chamber for additional fuel 6, where in the exhaust gas stream additional fuel (natural gas) is supplied to the burner devices 8. As a result, the temperature of the exhaust gases increases to 200 ÷ 270 ° C and the coefficient decreases excess air. In the gas network water heater 10, the network water is heated to a temperature corresponding to the temperature schedule. Behind the gas heater for network water 10, exhaust gases with a temperature of 105 ÷ 110 ° C are discharged through the chimney into the atmosphere. In the event of a shutdown of the gas turbine 3, the gas tight shutters 7 close the gas duct, and air is supplied through the air supply channels 9 in an amount ensuring complete combustion of the fuel (natural gas).

Повышение тепловой мощности парогазовой установки обеспечивается за счет установки камеры сжигания дополнительного топлива 6 и газового подогревателя сетевой воды 10 в газоходе котла-утилизатора 4 за газовым подогревателем конденсата 5. В качестве окислителя для сжигаемого в котле-утилизаторе топлива используется кислород, содержащийся в уходящих газах газотурбинной установки. В случаях останова газовой турбины 3 для бесперебойного обеспечения потребителя тепловой энергией предусмотрена возможность автономной работы камеры сжигания дополнительного топлива 6 и газового подогревателя сетевой воды 10. В автономном режиме работы подачу к горелочным устройствам 8 необходимого количества воздуха для сжигания топлива обеспечивают воздушные каналы 9, а камера сжигания дополнительного топлива 6 и газовый подогреватель сетевой воды 10 отделяются от камер котла-утилизатора с помощью газоплотных шиберов 8. Также применение заявляемой парогазовой установки обеспечивает снижение потерь теплоты с уходящими газами, т.к. снижается коэффициент избытка воздуха в уходящих газах.An increase in the thermal power of a combined cycle plant is ensured by installing an additional fuel combustion chamber 6 and a gas network water heater 10 in the gas duct of the recovery boiler 4 behind the gas condensate heater 5. The oxygen contained in the exhaust gases of the gas turbine is used as an oxidizing agent for the fuel burned in the recovery boiler installation. In cases of a gas turbine 3 shutdown, for uninterrupted supply of thermal energy to the consumer, it is possible to autonomously operate the additional fuel combustion chamber 6 and the gas water heater 10. In autonomous operation, the air channels 9 provide the necessary amount of air for burning fuel to the burner devices 8, and the chamber burning additional fuel 6 and a gas network water heater 10 are separated from the chambers of the recovery boiler using gas-tight shutters 8. Also The inventive combined cycle plant provides a reduction in heat loss with flue gases, because the coefficient of excess air in the exhaust gases decreases.

Расчет, основанный на математической модели парогазовой установки, показывает, что предлагаемый вариант котла-утилизатора способен обеспечить увеличение КПД на 4,42% по сравнению с известной парогазовой установкой с паровой турбиной конденсационного типа.A calculation based on a mathematical model of a combined cycle gas turbine plant shows that the proposed variant of the recovery boiler is capable of providing an increase in efficiency by 4.42% compared with the well-known combined cycle gas turbine unit with a steam turbine.

Таким образом, применение заявляемой полезной модели обеспечивает повышение эффективности парогазовой установки с котлами-утилизаторами и паровыми турбинами конденсационного типа.Thus, the application of the claimed utility model provides an increase in the efficiency of a combined cycle plant with waste heat boilers and condensing type steam turbines.

Claims

Combined-cycle plant, including a gas turbine, a waste heat boiler with steam superheater and evaporator-economizer parts, an additional fuel combustion chamber, a gas condensate heater and a steam turbine, characterized in that the waste heat boiler is additionally equipped with a gas network water heater, while in the boiler flue a gas condensate heater, gas-tight gates, an additional combustion chamber are sequentially installed behind the superheater and evaporator-economizer chambers fuel, equipped with air channels, and a gas heater for network water, and a steam turbine of condensation type.