RU2607437C2

RU2607437C2 - Thermal power plant

Info

Publication number: RU2607437C2
Application number: RU2015109029A
Authority: RU
Inventors: Владимир Иванович Шарапов; Мансур Масхутович Замалеев; Ильяс Вадимович Япаров; Игорь Викторович Губин
Priority date: 2015-03-13
Filing date: 2015-03-13
Publication date: 2017-01-10
Also published as: RU2015109029A

Abstract

FIELD: energy.

SUBSTANCE: invention relates to heat engineering and may be used at thermal power plants. Thermal power plant comprises a steam-gas unit with a gas turbine, compressor of the gas turbine unit, combustion chamber, heat-recovery boiler, and a steam turbine with a condenser, which is connected to pipelines of cooled and heated circulating water. Pipeline of heated circulating water comprises a main evaporator of heat pump plant (HPP), an additional evaporator of the HPP is connected to the line of cooling cycle ambient air ahead of the compressor of the gas turbine unit. Main condenser of the HPP is included in the pipeline of the steam turbine condenser, additional condenser of the HPP is connected to the line of heating ambient air ahead of the compressor of the gas turbine unit.

EFFECT: invention provides higher efficiency and reliability of thermal power station owing to reducing heat losses of heated circulating water, reducing power of devices for cooling heated circulating water of the condenser of the steam turbine, continuous maintaining optimum temperature of cycle ambient air for the gas turbine unit, as well as excluding the possibility of icing an inlet part of the compressor of the gas turbine unit in the cold season.

1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области теплоэнергетики и может быть использовано на тепловых электростанциях.The invention relates to the field of power engineering and can be used in thermal power plants.

Известны аналоги - тепловые электрические станции, содержащие парогазовую установку с газовой турбиной, компрессором газотурбинной установки, камерой сгорания, котлом-утилизатором, паровой турбиной с конденсатором, к которому подключены трубопроводы охлажденной и нагретой циркуляционной воды (см. Газотурбинные и парогазовые установки тепловых электростанций: Учебное пособие для вузов / С.В. Цанев, В.Д. Буров, А.Н. Ремезов; под ред. С.В. Цанева - М.: Издательский дом МЭИ, 2009, рис. 8.5, с. 274). Данный аналог принят в качестве прототипа.Analogs are known - thermal power plants containing a combined-cycle plant with a gas turbine, a gas turbine compressor, a combustion chamber, a recovery boiler, a steam turbine with a condenser, to which pipelines of cooled and heated circulating water are connected (see Gas-turbine and combined-cycle plants of thermal power plants: Educational manual for universities / S.V. Tsanev, V.D. Burov, A.N. Remezov; edited by S.V. Tsanev - M .: Publishing House MPEI, 2009, Fig. 8.5, p. 274). This analogue is adopted as a prototype.

Недостатком прототипа и аналогов является пониженная экономичность и надежность тепловой электрической станции из-за отсутствия использования теплоты нагретой циркуляционной воды при ограниченности мощности устройств для охлаждения нагретой циркуляционной воды после конденсатора паровой турбины (например, градирен в системе технического водоснабжения), невозможности поддержания оптимальной мощности газотурбинной установки в следствии суточных и сезонных колебания температуры атмосферного воздуха, а также из-за возможности обледенения входной части компрессора газотурбинной установки в холодный период года.The disadvantage of the prototype and analogues is the reduced efficiency and reliability of the thermal power plant due to the lack of use of the heat of the heated circulating water with limited power of the devices for cooling the heated circulating water after the steam turbine condenser (for example, cooling towers in the technical water supply system), and the inability to maintain the optimal power of the gas turbine installation due to daily and seasonal fluctuations in the temperature of the air, as well as due to the possibility of near denation of the inlet part of the compressor of a gas turbine installation in the cold season.

Техническим результатом, достигаемым настоящим изобретением, является повышение экономичности и надежности тепловой электрической станции за счет снижения потерь теплоты нагретой циркуляционной охлаждающей воды конденсатора паровой турбины, уменьшения мощности устройств для охлаждения нагретой циркуляционной воды конденсатора паровой турбины, постоянного поддержания оптимальный температуры циклового атмосферного воздуха для газотурбинной установки, а также исключения возможности обледенения входной части компрессора газотурбинной установки в холодный период года.The technical result achieved by the present invention is to increase the efficiency and reliability of the thermal power plant by reducing the heat loss of the heated circulating cooling water of the steam turbine condenser, reducing the power of the devices for cooling the heated circulating water of the steam turbine condenser, constantly maintaining the optimum temperature of the cyclic atmospheric air for the gas turbine installation , as well as eliminating the possibility of icing of the inlet of the gas tour compressor Ina installation in the cold season.

Для достижения этого результата предложена тепловая электрическая станция, содержащая парогазовую установку с газовой турбиной, компрессором газотурбинной установки, камерой сгорания, котлом-утилизатором, паровой турбиной с конденсатором, к которому подключены трубопроводы охлажденной и нагретой циркуляционной воды.To achieve this result, a thermal power plant is proposed that contains a combined-cycle plant with a gas turbine, a gas turbine compressor, a combustion chamber, a recovery boiler, a steam turbine with a condenser, to which pipelines of cooled and heated circulating water are connected.

Особенность заключается в том, что в трубопровод нагретой циркуляционной воды включен основной испаритель ТНУ, дополнительный испаритель ТНУ включен в воздуховод циклового атмосферного воздуха перед компрессором газотурбинной установки. Основной конденсатор ТНУ включен в трубопровод основного конденсата паровой турбины, дополнительный конденсатор ТНУ включен в воздуховод циклового атмосферного воздуха перед компрессором газотурбинной установки.The peculiarity lies in the fact that the main evaporator of the ТНУ is included in the pipeline of heated circulating water, the additional evaporator of ТНУ is included in the air duct of the atmospheric air in front of the compressor of the gas turbine unit. The main condenser of the ТНУ is included in the pipeline of the main condensate of the steam turbine, the additional condenser of ТНУ is included in the air duct of the cycle air in front of the compressor of the gas turbine unit.

Включение в схему новых элементов позволяет повысить экономичность и надежность тепловой электрической станции за счет эффективного использования теплоты нагретой циркуляционной воды после конденсатора паровой турбины при одновременном уменьшении мощности устройств для охлаждения нагретой циркуляционной воды конденсатора паровой турбины, постоянного поддержания оптимальный температуры циклового атмосферного воздуха для газотурбинной установки, а также исключения возможности обледенения входной части компрессора газотурбинной установки в холодный период года.The inclusion of new elements in the circuit makes it possible to increase the efficiency and reliability of the thermal power plant by efficiently using the heat of the heated circulating water after the steam turbine condenser while reducing the power of the devices for cooling the heated circulating water of the steam turbine condenser, while maintaining the optimum temperature of the cyclic atmospheric air for the gas turbine installation, as well as eliminating the possibility of icing the inlet of the compressor gas turbine th installation in the cold season.

Далее рассмотрим сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения с получением искомого технического результата.Next, we consider the information confirming the possibility of carrying out the invention with obtaining the desired technical result.

На чертеже изображена принципиальная схема тепловой электрической станции.The drawing shows a schematic diagram of a thermal power station.

Схема содержит парогазовую установку с газотурбинной установкой 1, состоящей из газовой турбины, компрессора газотурбинной установки, камеры сгорания и электрогенератора, котел-утилизатор 2, паровую турбину 3 с конденсатором 4, к которому подключены трубопроводы нагретой 5 и охлажденной 6 циркуляционной воды, воздуховод атмосферного воздуха 7 с воздухозаборным устройством 8 и воздухоподготовительной установкой 9. Станция снабжена теплонасосной установкой, состоящей из компрессора 10, основного конденсатора 11, дополнительного конденсатора 12, дросселирующего устройства 13, основного испарителя 14 и дополнительного испарителя 15. Так же схема содержит запорную арматуру 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25 и шиберные заслонки 26, 27, 28.The scheme comprises a combined cycle gas turbine unit 1 consisting of a gas turbine, a gas turbine compressor, a combustion chamber and an electric generator, a waste heat boiler 2, a steam turbine 3 with a condenser 4, to which are connected pipelines of heated 5 and cooled 6 circulating water, an air duct 7 with an air intake device 8 and an air treatment unit 9. The station is equipped with a heat pump installation consisting of a compressor 10, a main condenser 11, an additional condenser 12, the throttle device 13, the primary evaporator 14 and secondary evaporator 15. The same circuit comprises a shut-off valve 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25 and the damper 26, 27, 28.

Вышеописанная схема парогазовой установки работает следующим образом. Отработавший в паровой турбине 3 пар конденсируется в конденсаторе 4, к которому подключены трубопроводы нагретой 5 и охлажденной 6 циркуляционной воды. Необходимый для газовой турбины атмосферный воздух забирается воздухозаборным устройством 8 и по воздуховоду 7 подается в компрессор газотурбинной установки 1. Далее схема может работать в двух режимах.The above scheme of a combined cycle plant works as follows. The steam spent in the steam turbine 3 is condensed in the condenser 4, to which the pipelines of heated 5 and cooled 6 circulation water are connected. The atmospheric air required for the gas turbine is taken in by the air intake device 8 and fed through the air duct 7 to the compressor of the gas turbine unit 1. Further, the circuit can operate in two modes.

Первый режим работы осуществляется в случае, если атмосферный воздух, необходимый для работы газотурбинной установки 1, имеет температуру выше оптимальной, и, следовательно, ему требуется предварительное охлаждение. В этом случае после очистки воздуха в воздухоподготовительной установке 9 предварительное охлаждение атмосферного воздуха перед компрессором газотурбинной установки 1 осуществляется в дополнительном испарителе ТНУ 15, а теплота отобранная в нем у атмосферного воздуха, а также теплота, отбираемая основным испарителем 14 от нагретой циркуляционной воды из трубопровода 5, передается основным конденсатором ТНУ 11 основному конденсату паровой турбины, поступающему в котел-утилизатор 2. В данном режиме используется располагаемая охлаждающая мощность градирни для предварительного отвода тепловой энергии из цикла тепловой электростанции, следовательно, арматура 16 находится в открытом состоянии, а арматура 17 в закрытом. Использование градирни позволяет снизить температуру циркуляционный воды на 10°С перед основным испарителем 14 и, соответственно, обеспечить поддержание необходимой температуры рабочего тела ТНУ, при котором возможно предварительное охлаждение атмосферного воздуха в перед компрессором ГТУ в дополнительном испарителе ТНУ 15. В данном режиме работы запорная арматура 21 и 22 будет находиться в закрытом состоянии, а запорная арматура 20 и 23 будет находиться в открытом состояние. Шиберные заслонки 26 будут находиться в открытом состоянии, а шиберные заслонки 27 и 28 будут находиться в закрытом состоянии.The first mode of operation is carried out in the event that the atmospheric air necessary for the operation of the gas turbine unit 1 has a temperature higher than optimal, and therefore, it requires preliminary cooling. In this case, after air purification in the air treatment unit 9, the preliminary cooling of the atmospheric air in front of the compressor of the gas turbine unit 1 is carried out in an additional evaporator ТНУ 15, and the heat taken in it from the atmospheric air, as well as the heat taken by the main evaporator 14 from the heated circulating water from the pipeline 5 is transmitted by the main condenser ТНУ 11 to the main condensate of the steam turbine entering the waste heat boiler 2. In this mode, the available cooling oschnost tower for pre-removal of thermal energy from a thermal power cycle, therefore, armature 16 is in the open state and valves 17 closed. Using the cooling tower allows to reduce the temperature of the circulating water by 10 ° C in front of the main evaporator 14 and, accordingly, to ensure the necessary temperature of the working fluid of the HPU, at which it is possible to pre-cool the air in front of the GTU compressor in the additional evaporator of the HPU 15. In this operating mode, the shut-off valves 21 and 22 will be in the closed state, and stop valves 20 and 23 will be in the open state. The gate valves 26 will be in the open state, and the gate valves 27 and 28 will be in the closed state.

Второй режим работы осуществляется в случае, если атмосферный воздух, необходимый для работы газотурбинной установки 1 имеет температуру ниже оптимальной, и, следовательно, ему требуется предварительный подогрев. В этом случае после очистки воздуха в воздухоподготовительной установке 9 предварительный подогрев атмосферного воздуха перед компрессором газотурбинной установки осуществляется в дополнительном конденсаторе ТНУ 12 теплотой, отбираемой основным испарителем ТНУ 14 от нагретой циркуляционной воды из трубопровода 5. Так же данный режим работы предусматривает осуществление подогрева в основном конденсаторе ТНУ 11, основного конденсата паровой турбины, поступающего в котел-утилизатор 2, теплотой, отбираемой основным испарителем ТНУ 14 от нагретой циркуляционной воды из трубопровода 5. В данном режиме работы запорная арматура 20 и 23 будет находиться в закрытом состоянии, а запорная арматура 21 и 22 будет находиться в открытом состоянии. Шиберные заслонки 27 будут находиться в открытом состоянии, а шиберные заслонки 26 и 28 будут находиться в закрытом состоянии.The second mode of operation is carried out if the atmospheric air necessary for the operation of the gas turbine unit 1 has a temperature lower than optimal, and therefore, it requires preheating. In this case, after air purification in the air treatment unit 9, the preliminary heating of the atmospheric air in front of the compressor of the gas turbine installation is carried out in the additional condenser ТНУ 12 with heat, taken by the main evaporator ТНУ 14 from the heated circulating water from the pipeline 5. Also, this operating mode provides for heating in the main condenser TNU 11, the main condensate of the steam turbine entering the waste heat boiler 2, with heat taken by the main evaporator of the TNU 14 from retoy circulating water from the pipe 5. In this mode of operation valves 20 and 23 will remain closed, and valves 21 and 22 will be in the open state. The gate valves 27 will be in the open state, and the gate valves 26 and 28 will be in the closed state.

Таким образом, предложенная схема тепловой электрической станции позволяет повысить экономичность и надежность ее работы благодаря эффективному использованию теплоты нагретой циркуляционной воды, уменьшению мощности устройств для охлаждения нагретой циркуляционной воды конденсатора паровой турбины, постоянному поддержанию оптимальной температуры циклового атмосферного воздуха для газотурбинной установки, а также исключению возможности обледенения входной части компрессора газотурбинной установки в холодный период года.Thus, the proposed scheme of a thermal power plant allows one to increase the efficiency and reliability of its operation due to the efficient use of the heat of heated circulating water, reducing the power of devices for cooling heated circulating water of a steam turbine condenser, constantly maintaining the optimum temperature of cyclic atmospheric air for a gas turbine installation, and also eliminating the possibility icing the inlet of the compressor of a gas turbine installation in the cold season.

Claims

A thermal power plant comprising a combined-cycle plant with a gas turbine, a gas turbine compressor, a combustion chamber, a recovery boiler, a steam turbine with a condenser, to which chilled and heated circulating water pipelines are connected, characterized in that the main heat pump evaporator is included in the heated circulating water pipeline units (HPU), an additional HPU evaporator is included in the cycle air duct in front of the compressor of the gas turbine installation, the main TNU condensers included in the main condensate pipe of the steam turbine, a further capacitor included in the duct TNU cyclic atmospheric air upstream of the compressor of a gas turbine installation.