RU58613U1

RU58613U1 - COMBINED STEAM-GAS UNIT WITH PARALLEL OPERATION DIAGRAM

Info

Publication number: RU58613U1
Application number: RU2006122109/22U
Authority: RU
Inventors: Валерий Дмитриевич Буров; Дмитрий Владимирович Карташев; Адольф Ушерович Липец; Стефан Васильевич Цанев
Priority date: 2006-06-22
Filing date: 2006-06-22
Publication date: 2006-11-27

Abstract

Полезная модель предназначена для использования в теплоэнергетике и может быть применена при создании парогазовых установок (ПТУ) повышенной эффективности путем газотурбинной надстройки паротурбинных установок (ПТУ) при модернизации существующих энергоблоков. Техническая задача, решаемая полезной моделью, состоит в уменьшении капитальных затрат на компрессор газотурбинной установки и уменьшении энергии, затрачиваемой на привод компрессора.The utility model is intended for use in the power industry and can be used to create steam-gas plants (PTU) of increased efficiency by means of a gas-turbine superstructure of steam-turbine plants (PTU) during the modernization of existing power units. The technical problem solved by the utility model is to reduce the capital cost of the compressor of a gas turbine installation and to reduce the energy spent on the compressor drive.

Указанная техническая задача решается тем, что известная комбинированная парогазовая установка с параллельной схемой работы, включающая паротурбинную установку, содержащую паровой котел 17, снабженный трехступенчатым ширмовым пароперегревателем 19, и соединенную с ним паровую турбину 8 с системой регенерации, газотурбинную установку, содержащую компрессор 1 с газовой турбиной 3 и камерой сгорания 2, установленный на выходе газовой турбины котел-утилизатор 5 с поверхностями нагрева 6, дополняющими аналогичные поверхности нагрева парового котла, согласно полезной модели, дополнительно снабжена трубопроводом 16, соединяющим отбор паровой турбины с камерой сгорания газотурбинной установки, а также трубопроводом 20, соединяющим выход по пару котла-утилизатора 5 с трубопроводом между первой и второй ступенями ширмового пароперегревателя 19 парового котла 17.The specified technical problem is solved by the fact that the known combined-cycle plant with a parallel operation scheme, including a steam turbine installation, comprising a steam boiler 17, equipped with a three-stage screen superheater 19, and a steam turbine 8 connected to it with a regeneration system, a gas turbine installation containing a compressor 1 with a gas a turbine 3 and a combustion chamber 2, installed at the outlet of the gas turbine, a waste heat boiler 5 with heating surfaces 6 complementing similar steam heating surfaces of the boiler, according to the utility model, is additionally equipped with a pipe 16 connecting the selection of the steam turbine with the combustion chamber of the gas turbine unit, as well as a pipe 20 connecting the output of the steam from the recovery boiler 5 with the pipe between the first and second steps of the screen superheater 19 of the steam boiler 17.

1 илл.1 ill.

Description

Полезная модель предназначена для использования в теплоэнергетике и может быть применена при создании парогазовых установок (ПГУ) повышенной эффективности путем газотурбинной надстройки паротурбинных установок (ПТУ) при модернизации существующих энергоблоков.The utility model is intended for use in the power system and can be used to create steam-gas plants (CCGT) of increased efficiency by gas-turbine superstructure of steam-turbine plants (PTU) when upgrading existing power units.

Известно устройство [1], содержащее паровой котел, многоцилиндровую паровую турбину, конденсатор, регенеративные подогреватели, газовую турбину с камерой сгорания, утилизационный подогреватель, входы и выходы секций которого по нагреваемой среде подключены к тракту питательной воды, а по нагревающей - к выхлопу газовой турбины. Недостатками данного устройства является необходимость введения расширительной турбины для срабатывания излишка пара в цилиндре низкого давления основной турбины. Кроме того, в паровом котле установлены только испарительные и пароперегревательные поверхности нагрева, а экономайзерная поверхность полностью перенесена в утилизационный подогреватель, воздухоподогреватель отсутствует, что при газотурбинной надстройке требует коренной реконструкции парового котла. Также для установки характерны большие затраты энергии на привод компрессора газотурбинной установки (ГТУ).A device [1] is known, comprising a steam boiler, a multi-cylinder steam turbine, a condenser, regenerative heaters, a gas turbine with a combustion chamber, a waste heater, the inputs and outputs of sections of which are connected to the feed water path through the heated medium, and to the exhaust of the gas turbine . The disadvantages of this device is the necessity of introducing an expansion turbine to operate the excess steam in the low pressure cylinder of the main turbine. In addition, only evaporative and steam superheating heating surfaces are installed in the steam boiler, and the economizer surface is completely transferred to the utilization heater, there is no air heater, which requires a radical reconstruction of the steam boiler when the gas turbine superstructure is installed. Also, the installation is characterized by high energy costs for the compressor drive of a gas turbine installation (GTU).

Известно принимаемое в качестве прототипа полезной модели устройство комбинированной парогазовой установки с параллельной схемой работы, полученное путем газотурбинной надстройки паротурбинной установки [2]. Парогазовая установка [2] содержит паротурбинную установку с паровым котлом, снабженным конвективным газоходом с размещенными в нем поверхностями нагрева It is known that a combined-cycle plant with a parallel operation scheme, adopted by a gas-turbine superstructure of a steam-turbine plant, adopted as a prototype of a utility model [2]. Combined-cycle plant [2] contains a steam-turbine installation with a steam boiler equipped with a convective gas duct with heating surfaces located in it

и вынесенным регенеративным воздухоподогревателем, и паровой турбиной с системой регенерации, а также газотурбинную установку с газовой турбиной и котлом-утилизатором с размещенными в нем аналогичными поверхностями нагрева, дополняющими поверхности нагрева парового котла и соединенными с ними трубопроводами. Недостатком известной парогазовой установки являются большие затраты энергии на привод компрессора газотурбинной установки: примерно две трети вырабатываемой газовой турбиной энергии расходуется в компрессоре. Соответственно, велики капитальные затраты на компрессор большой производительности.and a remote regenerative air heater, and a steam turbine with a regeneration system, as well as a gas turbine unit with a gas turbine and a waste heat boiler with similar heating surfaces placed in it, complementing the heating surfaces of the steam boiler and the pipelines connected to them. A disadvantage of the known combined-cycle plant is the high energy consumption for driving a compressor of a gas turbine installation: approximately two thirds of the energy generated by a gas turbine is consumed in the compressor. Accordingly, the capital costs of a high-performance compressor are high.

Техническая задача, решаемая полезной моделью, состоит в уменьшении капитальных затрат на компрессор газотурбинной установки и уменьшении энергии, затрачиваемой на привод компрессора.The technical problem solved by the utility model is to reduce the capital cost of the compressor of a gas turbine installation and to reduce the energy spent on the compressor drive.

Указанная техническая задача решается тем, что известная комбинированная парогазовая установка с параллельной схемой работы, включающая паротурбинную установку, содержащую паровой котел, снабженный трехступенчатым ширмовым пароперегревателем, и соединенную с ним паровую турбину с системой регенерации, газотурбинную установку, содержащую компрессор с газовой турбиной и камерой сгорания, установленный на выходе газовой турбины котел-утилизатор с поверхностями нагрева, дополняющими аналогичные поверхности нагрева парового котла, согласно полезной модели, дополнительно снабжена трубопроводом, соединяющим отбор паровой турбины с камерой сгорания газотурбинной установки, а также трубопроводом, соединяющим выход по пару котла-утилизатора с трубопроводом между первой и второй ступенями ширмового пароперегревателя парового котла.The specified technical problem is solved by the fact that the known combined-cycle plant with a parallel circuit, including a steam turbine installation, comprising a steam boiler equipped with a three-stage screen superheater, and a steam turbine connected to it with a regeneration system, a gas turbine installation containing a compressor with a gas turbine and a combustion chamber a waste heat boiler installed at the outlet of a gas turbine with heating surfaces complementary to similar heating surfaces of a steam boiler, with useful model to pulley, further provided with a conduit connecting the selection of a steam turbine with a combustion chamber of a gas turbine installation, and the pipeline connecting the output of a pair of the recovery boiler with the conduit between the first and second stages of platen superheater boiler.

На чертеже изображена принципиальная схема комбинированной парогазовой установки с параллельной схемой работы.The drawing shows a schematic diagram of a combined combined cycle plant with a parallel circuit.

Комбинированная парогазовая установка с параллельной схемой работы содержит паротурбинную и газотурбинную установки. Газотурбинная установка состоит из воздушного компрессора 1, камеры сгорания 2 и газовой турбины 3, вал которой соединен с электрическим генератором 4. На выхлопе газовой турбины 3 находится прямоточный котел-утилизатор 5, в котором размещены поверхности нагрева 6 и газовый подогреватель конденсата 7. Паротурбинная установка состоит из паровой турбины 8, вал которой соединен с электрическим генератором 9, конденсатора 10, группы конденсатных насосов 11, группы подогревателей низкого давления 12, деаэратора 13, питательного насоса 14 и группы подогревателей высокого давления 15. Паровая турбина 8 оснащена дополнительным трубопроводом 16, соединяющим отбор паровой турбины 8 с камерой сгорания 2 газотурбинной установки. В прямоточном паровом котле 17 размещены поверхности нагрева 18, а также трехступенчатый ширмовый пароперегреватель 19. Выход по пару котла-утилизатора 5 посредством трубопровода 20 соединен с трубопроводом между первой и второй ступенями ширмового пароперегревателя 19 парового котла 17. В хвостовой части парового котла 17 располагается регенеративный воздухоподогреватель 21. На линии подачи воздуха в горелки котла 17 установлен дутьевой вентилятор 22.Combined combined-cycle plant with a parallel circuit contains a steam turbine and gas turbine installation. The gas turbine installation consists of an air compressor 1, a combustion chamber 2 and a gas turbine 3, the shaft of which is connected to an electric generator 4. At the exhaust of the gas turbine 3 there is a direct-flow waste heat boiler 5, in which the heating surfaces 6 and the gas condensate heater are placed 7. Steam turbine installation consists of a steam turbine 8, the shaft of which is connected to an electric generator 9, a condenser 10, a group of condensate pumps 11, a group of low pressure heaters 12, a deaerator 13, a feed pump 14 and a group 15. revateley high pressure steam turbine 8 is equipped with an additional pipe 16 connecting the selection of the steam turbine 8 from the combustion chamber 2 of a gas turbine installation. In the once-through steam boiler 17, heating surfaces 18, as well as a three-stage screen superheater 19 are located. An outlet for a steam recovery boiler 5 via a pipe 20 is connected to the pipeline between the first and second steps of the screen superheater 19 of the steam boiler 17. In the rear part of the steam boiler 17 there is a regenerative air heater 21. An air blower 22 is installed on the air supply line to the burners of the boiler 17.

Парогазовая установка согласно полезной модели работает следующим образом. В парогазовой установке организован дополнительный байпас системы регенерации высокого давления 15 в котле-утилизаторе 5 газовой турбины, в котором байпас питательной воды догревается и перегревается, используя сбросное тепло газовой турбины 3. Общий поток питательной воды разделяется на два потока: Combined cycle plant according to the utility model operates as follows. In the combined cycle plant, an additional bypass of the high pressure regeneration system 15 is arranged in the waste heat boiler 5 of the gas turbine, in which the bypass of the feed water is heated and overheated using the waste heat of the gas turbine 3. The total feed stream is divided into two streams:

один поток с расходом номинальной производительности парового котла и второй поток с расходом, равным производительности котла-утилизатора. Перегретый пар после котла-утилизатора 5 по трубопроводу 20 направляется в паровой котел 17, в рассечку между первой и второй ступенями ширмового пароперегревателя 19. Смесь двух потоков пара догревается в паровом котле 17 до номинальной температуры, с которой он поступает в голову паровой турбины 8. По ходу пара из паровой турбины отбирается часть пара для впрыска в камеру сгорания 2 газотурбинной установки через трубопровод 16. Кроме этого в камеру сгорания газотурбинной установки подается сжатый воздух, с избытком близким к 1,0, и природный газ в виде топлива. После расширения газов в газовой турбине 3, охлажденные уходящие газы в виде парогазовой смеси поступают в котел-утилизатор 5. Для более полной утилизации тепла выхлопных газов газовой турбины в котле-утилизаторе дополнительно помещен газовый подогреватель конденсата 7, частично байпасирующий систему регенерации низкого давления 12 паротурбинной установки.one stream with a flow rate of the rated output of the steam boiler and a second stream with a flow rate equal to the capacity of the recovery boiler. The superheated steam after the recovery boiler 5 is sent through a pipe 20 to the steam boiler 17, in the cut between the first and second steps of the screen superheater 19. The mixture of two steam flows is heated in the steam boiler 17 to the nominal temperature with which it enters the head of the steam turbine 8. In the course of the steam, part of the steam is taken from the steam turbine for injection into the combustion chamber 2 of the gas turbine unit through the pipeline 16. In addition, compressed air with an excess close to 1.0 and natural gas are supplied to the combustion chamber of the gas turbine unit as a fuel. After the expansion of the gases in the gas turbine 3, the cooled flue gases in the form of a gas-vapor mixture enter the waste heat boiler 5. For a more complete utilization of the heat of the exhaust gases of the gas turbine, a gas condensate heater 7 is additionally placed, partially bypassing the low-pressure regeneration system 12 of the steam turbine installation.

Впрыск пара в камеру сгорания газотурбинной установки позволяет понизить производительность компрессора газотурбинной установки при сохранении неизменной мощности газовой турбины. Для впрыска в камеру сгорания используется пар из отбора паровой турбины, что позволяет регулировать расход впрыскиваемого пара независимо от тепловой нагрузки котла-утилизатора, что невозможно в обычных парогазовых установках с впрыском пара [3]. Уменьшение мощности паровой турбины при отборе от нее пара компенсируется уменьшением мощности компрессора при снижении его производительности и сохранении мощности газовой турбины. Дополнительный расход пара на впрыск генерируется в котле-утилизаторе, использующем теплоту сбросных газов после газовой The injection of steam into the combustion chamber of a gas turbine plant allows to reduce the compressor productivity of a gas turbine plant while maintaining the constant power of the gas turbine. For injection into the combustion chamber, steam from a steam turbine is used, which makes it possible to control the flow rate of injected steam regardless of the heat load of the recovery boiler, which is impossible in conventional combined-cycle plants with steam injection [3]. The decrease in the power of a steam turbine during the extraction of steam from it is compensated by a decrease in the power of the compressor while reducing its productivity and maintaining the power of the gas turbine. Additional injection steam is generated in a waste heat boiler that uses the heat of the exhaust gases after the gas

турбины. Паровой баланс установки определяется отбором пара из паровой турбины и подачей этого пара в камеру сгорания газотурбинной установки. Соответственно уменьшаются пропуск пара в конденсатор и тепловые потери в конденсаторе паровой турбины, и увеличивается экономичность установки в целом.turbines. The steam balance of the installation is determined by the selection of steam from the steam turbine and the supply of this steam to the combustion chamber of the gas turbine installation. Accordingly, the passage of steam into the condenser and the heat loss in the condenser of the steam turbine are reduced, and the overall efficiency of the installation is increased.

Таким образом, предлагаемая схема позволяет понизить производительность и стоимость компрессора газотурбинной установки, снизить затраты энергии на привод компрессора за счет впрыска пара в камеру сгорания, увеличить экономичность выработки электроэнергии за счет уменьшения потерь в конденсаторе паровой турбины и за счет утилизации тепла сбросных газов газовой турбины. Кроме того, в предлагаемой схеме имеется возможность регулировать расход впрыскиваемого пара в различных режимах работы независимо от тепловой нагрузки котла-утилизатора.Thus, the proposed scheme allows to reduce the productivity and cost of the compressor of a gas turbine installation, reduce the energy consumption for driving the compressor by injecting steam into the combustion chamber, increase the efficiency of power generation by reducing losses in the condenser of a steam turbine and by utilizing heat from the exhaust gases of a gas turbine. In addition, in the proposed scheme, it is possible to control the flow rate of injected steam in various operating modes, regardless of the heat load of the recovery boiler.

Источники информации:Information sources:

1. Авторское свидетельство СССР №1458606, F 01 K 23/06, 15.02.1989.1. USSR author's certificate No. 1458606, F 01 K 23/06, 02/15/1989.

2. Авторское свидетельство РФ №2254484, F 01 K 23/06, 20.08.2003.2. Copyright certificate of the Russian Federation No. 2254484, F 01 K 23/06, 08/20/2003.

3. Батенин В.М., Зейгарник Ю.А., Копелев С.З. и др. Парогазовая установка с вводом пара в газовую турбину - перспективное направление развития энергетических установок // Теплоэнергетика. - 1993. - №10. - С.46-52.3. Batenin V.M., Zeygarnik Yu.A., Kopelev S.Z. et al. Combined-cycle plant with steam injection into a gas turbine - a promising direction for the development of power plants // Thermal Engineering. - 1993. - No. 10. - S. 46-52.

Claims

Combined combined cycle gas turbine unit with a parallel operation scheme, including a steam turbine unit containing a steam boiler equipped with a three-stage screen superheater and a steam turbine connected to it with a regeneration system, a gas turbine unit containing a compressor with a gas turbine and a combustion chamber installed at the gas turbine outlet of the boiler heat exchanger with heating surfaces complementary to similar heating surfaces of a steam boiler, characterized in that it is additionally equipped with a pipe the house connecting the selection of the steam turbine with the combustion chamber of the gas turbine installation, as well as the pipeline connecting the output of the steam of the recovery boiler to the pipeline between the first and second steps of the screen superheater of the steam boiler.