RU2139430C1 - Combined-cycle plant - Google Patents

Abstract

FIELD: thermal power stations; updating old stations and building new off-line heat and power supplies. SUBSTANCE: combined-cycle plant has gas circuit incorporating one or more gas-turbine units depending on desired power capacity, each unit including high- temperature gas turbine built for alternate cooling by water and fuel, as well as steam circuit incorporating two steam turbines (extraction and back-pressure ones) and peak-demand steam boiler. Plant is designed for operation in base, peak-demand, and partial-load modes. EFFECT: improved maneuverability, economic efficiency, and reliability of plant. 1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области теплоэнергетики и может быть использовано на электрических станциях с теплофикационными установками. The invention relates to the field of power engineering and can be used at power plants with cogeneration plants.

Известна комбинированная парогазовая установка (ПГУ), разработанная НПО "САТУРН" ("Теплоэнергетика", 1993, N 12, с. 42-48), которая позволяет вырабатывать тепловую и электрическую энергию. При достаточно высокой экономичности предложенная схема имеет невысокую маневренность, так как увеличение электрической мощности возможно за счет энергетического впрыска пара в проточную часть камеры сгорания. Причем пар вместе с выхлопными газами безвозвратно теряется, выходя в атмосферу, что снижает экономичность установки. Гибкое регулирование тепловой мощности в этой установке вообще не предусмотрено. Known combined-cycle plant (CCGT), developed by NPO "SATURN" ("Power", 1993, N 12, S. 42-48), which allows you to generate thermal and electrical energy. With a sufficiently high efficiency, the proposed scheme has low maneuverability, since an increase in electric power is possible due to the energy injection of steam into the flow part of the combustion chamber. Moreover, the steam together with the exhaust gases is irretrievably lost, leaving the atmosphere, which reduces the efficiency of the installation. Flexible regulation of thermal power in this installation is not provided at all.

Известна ПГУ ("Энергомашиностроение", 1978, N 4, с. 5-7) с высокотемпературной газовой турбиной, в которой генерация пара осуществляется как за счет теплоты отходящих газов после турбины, а также за счет подачи топлива в камеру зажигания. Для охлаждения проточной части турбины часть пара отбирается из соответствующей по давлению ступени паровой турбины. Пройдя охлаждающий тракт газовой турбины, пар смешивается с основным потоком пара в камере смешения, установленной между цилиндром высокого давления и цилиндром низкого давления паровой турбины. Указанная схема не позволяет в широком диапазоне регулировать как тепловую, так и электрическую мощность, так как в камеру дожигания вводится лишь небольшая масса топлива. The CCP (Energomashinostroyenie, 1978, N 4, p. 5-7) with a high-temperature gas turbine is known, in which steam is generated both due to the heat of the exhaust gases after the turbine, and also by supplying fuel to the ignition chamber. To cool the flow part of the turbine, a part of the steam is taken from the corresponding pressure stage of the steam turbine. Having passed the cooling path of a gas turbine, the steam is mixed with the main steam stream in the mixing chamber installed between the high pressure cylinder and the low pressure cylinder of the steam turbine. This scheme does not allow a wide range to regulate both thermal and electrical power, since only a small mass of fuel is introduced into the afterburner.

Технической задачей настоящего изобретения является повышение маневренности ПГУ как по тепловой, так и по электрической энергии, а также повышение экономичности ПГУ. The technical task of the present invention is to increase the maneuverability of CCGT both in thermal and in electric energy, as well as to increase the profitability of CCGT.

Указанная техническая задача достигается тем, что в предлагаемой комбинированной парогазовой установке, содержащей газовый контур, состоящий из одной или нескольких газотурбинных установок, в выхлопных трактах которых установлены последовательно котел-утилизатор и газоводяной подогреватель, вход которого соединен со входом охлаждающего тракта газовой турбины, причем к этому же входу подключен трубопровод подачи топлива, а на выходе из охлаждающего тракта установлена заслонка, которая выполнена с возможностью поочередной подачи охладителя в камеру смешения и в пиковый паровой котел, который установлен в паровом контуре и связан трубопроводом со входом противодавленческой паровой турбины, выход которой соединен с коллектором подачи пара к тепловым потребителям и с промежуточной ступенью теплофикационной паровой турбины. The specified technical problem is achieved by the fact that in the proposed combined cycle plant containing a gas circuit, consisting of one or more gas turbine units, in the exhaust tracts of which are installed a recovery boiler and a gas-water heater, the input of which is connected to the inlet of the cooling path of the gas turbine, and the fuel supply pipe is connected to the same input, and at the outlet of the cooling tract, a damper is installed, which is made with the possibility of alternating cooling supply The pressure in the mixing chamber and in the peak steam boiler is installed in the steam circuit and connected by a pipeline to the inlet of the backpressure steam turbine, the outlet of which is connected to the collector for supplying steam to the heat consumers and to the intermediate stage of the cogeneration steam turbine.

В зависимости от потребной суммарной мощности предлагаемой ПГУ в ее состав могут входить одна или несколько однотипных газотурбинных установок (ГТУ). Depending on the required total capacity of the proposed CCGT unit, it may include one or more of the same type gas turbine units (GTU).

На чертеже схематически изображена общая схема заявляемой ПГУ, содержащий газовый контур, состоящий из двух ГТУ, у которых компрессор 1 соединен с камерой сгорания 2, подключенной к высокотемпературной газовой турбине 3, к охлаждающему тракту которой подходят коллекторы подачи топлива 4 и горячей воды 5. Над газовой турбиной 3 установлен коллектор 6 для выхода охладителя из охлаждающего тракта турбины, который соединен с заслонкой 7. После заслонки 7 установлен трубопровод 8 подачи пара в камеру смешения 9, а также трубопровод 10 подачи топлива в пиковый паровой котел 11. В выхлопном тракте 12 каждой ГТУ установлены последовательно теплообменники: котел- утилизатор (КУ) 13 и газоводяной подогреватель (ГВП) 14, которые соединены с трубопроводом 15 подачи воды. The drawing schematically depicts a general diagram of the inventive CCGT unit, containing a gas circuit consisting of two gas turbines, in which the compressor 1 is connected to a combustion chamber 2 connected to a high-temperature gas turbine 3, to the cooling path of which the fuel supply 4 and hot water collectors 5 are suitable. a gas turbine 3 has a collector 6 for exiting the cooler from the cooling path of the turbine, which is connected to the valve 7. After the valve 7, a steam supply pipe 8 to the mixing chamber 9 is installed, as well as a fuel supply pipe 10 in the peak steam boiler 11. In the exhaust path 12 of each gas turbine unit, heat exchangers are installed in series: a recovery boiler (KU) 13 and a gas-water heater (GWP) 14, which are connected to the water supply pipe 15.

КУ 13 соединен трубопроводом 16 подачи пара в смесительную камеру 9, которая трубопроводом 17 связана с коллектором распределения пара 18, от которого отходят трубопроводы подачи пара к тепловым потребителям (ТП) 19 и 20 подачи пара на вход теплофикационной паровой турбины 21. От промежуточной ступени паровой турбины 21 отходит трубопровод 22 подачи пара к ТП, а выход паровой турбины 21 соединен трубопроводом 23 с конденсатором. После конденсатора установлен деаэратор (Д), к которому также подается добавочная вода (ДВ) из цеха хим-водоочистки (ХВО). К пиковому паровому котлу 11 подходит трубопровод 24 подачи воды, а на выходе из пикового парового котла 11 установлен трубопровод 25 подачи пара на вход в противодавленческую паровую турбину 26, на выходе из которой установлен трубопровод 27 отвода пара к ТП, а также трубопровод 28 подачи пара к промежуточной ступени паровой турбины 18. KU 13 is connected by a steam supply pipe 16 to the mixing chamber 9, which is connected by a pipe 17 to the steam distribution manifold 18, from which steam supply pipes to the heat consumers (TP) 19 and 20 of the steam supply to the input of the cogeneration steam turbine 21. From the intermediate stage of the steam the turbine 21 leaves the pipeline 22 for supplying steam to the TP, and the output of the steam turbine 21 is connected by a pipe 23 to the condenser. After the condenser, a deaerator (D) is installed, to which additional water (DV) is also supplied from the chemical water treatment plant (HVO). A water supply pipe 24 is suitable for the peak steam boiler 11, and a steam supply pipe 25 is installed at the outlet of the peak steam boiler 11 at the inlet of the backpressure steam turbine 26, at the output of which a steam discharge pipe 27 to the TP, and a steam supply pipe 28 are installed to the intermediate stage of the steam turbine 18.

При производстве как тепла, так и электроэнергии предлагаемая схема ПГУ может достаточно экономично работать в трех режимах: в базовом, в режиме снятия пиковых нагрузок и в режиме частичной нагрузки. При работе ПГУ в базовом режиме производства тепла и электроэнергии включены две ГТУ, причем в охлаждающие тракты газовых турбин 3 по коллекторам 5 подается горячая вода после ГВП 14. После охлаждения элементов турбин вода преобразуется в пар, который через коллектор 6, заслонку 7 поступает в камеру смешения 8, где смешивается с основным потоком пара, поступающим по трубопроводу 16 из КУ 13. Поток пара по трубопроводу 17 поступает в коллектор 18 распределения пара, от которого по трубопроводу 19 пар может отводиться к ТП и к паровой турбине 21, от промежуточной ступени которой по трубопроводу 22 могут производиться отборы пара к ТП. In the production of both heat and electricity, the proposed CCGT scheme can operate quite economically in three modes: in the basic mode, in the mode of removing peak loads and in the partial load mode. When the CCGT unit is in the basic mode of heat and electricity production, two gas turbines are turned on, and hot water is supplied to the cooling paths of gas turbines 3 through collectors 5 after HWP 14. After cooling the turbine elements, water is converted to steam, which through the manifold 6, the shutter 7 enters the chamber mixing 8, where it is mixed with the main steam stream coming through the pipeline 16 from KU 13. The steam stream through the pipe 17 enters the steam distribution manifold 18, from which steam can be diverted through the pipeline 19 to the TP and to the steam turbine 21, from the daily stage of which through the pipe 22 can be selected steam to TP.

В режиме снятия пиковых нагрузок работают также две ГТУ, в охлаждающие тракты газовых турбин которых по коллекторам 4 подается топливо, которое после охлаждения элементов турбин выходит в коллектор 6 и через заслонку 7, трубопровод 10 поступает в пиковый паровой котел 11, в который по трубопроводу 24 подается вода. Образовавшийся в котле 11 перегретый пар по трубопроводу 25 поступает в противодавленческую паровую турбину 26, от которой пар по трубопроводу 27 может отводиться к ТП, а по трубопроводу 28 - к промежуточной ступени паровой турбины 21. Таким образом, для снятия пиковых нагрузок будут работать две ГТУ, пиковый паровой котел и две паровые турбины,
В режиме частичных нагрузок работает только одна ГТУ. Охлаждение элементов газовой турбины 3 производится горячей водой после ГВП 14 (точно так же, как на базовом режиме). Пройдя охлаждающий тракт, вода преобразуется в пар, который через коллектор 6, заслонку 7 поступает в камеры смешения 9, где смешивается с основным потоком пара после КУ 13 из коллектора распределения пара 18 по трубопроводу 19 производится отбор пара к ТП, при этом паровая турбина 21 может быть выключена (в зависимости от режима частичной нагрузки). Таким образом, при малых нагрузках за счет работы лишь одной ГТУ обеспечивается высокая экономичность и надежность работы оборудования.In the mode of peak load removal, two gas turbine engines also operate, in the cooling paths of gas turbines of which fuel is supplied through the collectors 4, which, after cooling of the turbine elements, goes to the manifold 6 and through the shutter 7, the pipeline 10 enters the peak steam boiler 11, into which the pipeline 24 water is supplied. The superheated steam formed in the boiler 11 enters the counterpressure steam turbine 26 through the pipeline 25, from which the steam can be discharged through the pipeline 27 to the heat pump, and through the pipeline 28 to the intermediate stage of the steam turbine 21. Thus, two gas turbines will work to relieve peak loads a peak steam boiler and two steam turbines,
In partial load mode, only one gas turbine unit operates. The cooling of the elements of the gas turbine 3 is done with hot water after the HWP 14 (exactly the same as in the basic mode). Having passed the cooling path, the water is converted into steam, which through the manifold 6, the valve 7 enters the mixing chamber 9, where it is mixed with the main steam stream after KU 13 from the steam distribution manifold 18 through the pipe 19, steam is taken to the TP, while the steam turbine 21 can be turned off (depending on the partial load mode). Thus, at low loads due to the operation of only one gas turbine, high efficiency and reliability of the equipment are ensured.

Технические преимущества предлагаемой ПГУ по сравнению с известными заключается в том, что:
1. Установка имеет высокую маневренность при выработке как тепловой, так и электрической энергии, так как способна работать в трех режимах: в базовом, в режиме снятия пиковых нагрузок, в режиме частичной нагрузки,
2. В состав ПГУ входят ГТУ с высокотемпературными газовыми турбинами, которые имеют жидкостное охлаждение (поочередное охлаждение водой и топливом), что позволит значительно поднять температуру газов перед турбиной и повысить в целом экономичность ПГУ.The technical advantages of the proposed CCGT compared to the known ones are that:
1. The installation has high maneuverability in the generation of both thermal and electric energy, as it is able to work in three modes: in the basic, in the mode of peak load removal, in the partial load mode,
2. The CCGT unit includes gas turbine units with high-temperature gas turbines that have liquid cooling (alternate cooling with water and fuel), which will significantly increase the temperature of the gases in front of the turbine and increase the overall efficiency of the CCGT unit.

Claims (1)

Парогазовая энергетическая установка, содержащая газовый контур, состоящий из одной или нескольких газотурбинных установок, в выхлопных трактах которых установлен котел-утилизатор и паровой контур, включающий паровую турбину и камеру смешения, отличающаяся тем, что в выхлопных трактах газотурбинных установок после котла-утилизатора расположен газоводяной подогреватель, вход которого соединен со входом охлаждающего тракта газовой турбины, причем к этому же входу подключен трубопровод подачи топлива, а на выходе из охлаждающего тракта установлена заслонка, которая выполнена с возможностью поочередной подачи охладителя в камеру смешения и в пиковый паровой котел, который установлен в паровом контуре и связан трубопроводом со входом противодавленческой паровой турбины, выход которой соединен с коллектором подачи пара к тепловым потребителям и с промежуточной ступенью теплофикационной паровой турбины. Combined-cycle power plant containing a gas circuit, consisting of one or more gas turbine plants, in the exhaust ducts of which there is a waste heat boiler and a steam circuit including a steam turbine and a mixing chamber, characterized in that gas-water is located in the exhaust ducts of gas turbine installations after the heat recovery boiler a heater, the input of which is connected to the input of the cooling path of the gas turbine, and the fuel supply pipe is connected to the same input, and at the exit of the cooling path a damper is installed, which is configured to alternately supply the cooler to the mixing chamber and to the peak steam boiler, which is installed in the steam circuit and connected by a pipeline to the inlet of the backpressure steam turbine, the outlet of which is connected to the steam supply manifold to the heat consumers and to the intermediate stage of the cogeneration steam turbine .