RU2560660C1

RU2560660C1 - Steam-power plant

Info

Publication number: RU2560660C1
Application number: RU2014135332/06A
Authority: RU
Inventors: Михаил Аркадьевич Верткин
Original assignee: Михаил Аркадьевич Верткин
Priority date: 2014-08-29
Filing date: 2014-08-29
Publication date: 2015-08-20

Abstract

FIELD: power engineering.

SUBSTANCE: steam-power plant, comprising a steam boiler with a recuperative air heater, a power steam turbine with a turbogenerator, a driven steam turbine connected at the inlet by steam with the outlet of the steam boiler by steam, at the outlet by steam - with the inlet of the power steam turbine by steam, an air compressor, connected at the inlet by air with atmosphere, at the outlet by air - with the inlet of the recuperative air heater by air, made as either single-shaft and installed on one free shaft with the driven steam turbine in the common tight body, or a double-shaft made of low pressure and high pressure compressors, at the same time the low pressure compressor is installed on one shaft with the power steam turbine, and the high pressure compressor is installed on one free shaft with the driven steam turbine in the common tight body, and an air turbine connected at the outlet by air with the inlet of the boiler by air, at the inlet by air - with the outlet of the recuperative air heater by air and installed at one shaft with the power steam turbine.

EFFECT: invention makes it possible to increase efficiency of a steam power plant.

2 dwg

Description

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано для повышения КПД паросиловых установок (ПСУ). Наибольший эффект может быть достигнут при использовании изобретения в ПСУ малой и средней мощности (ниже 120 МВт), работающих на твердом топливе либо на низкокалорийном синтетическом газе низкого давления, получаемом путем газификации (пиролиза) нетоксичных твердых бытовых и производственных горючих отходов, а также в ПСУ, работающих на природном газе низкого давления, подаваемом из городских газовых сетей.The invention relates to a power system and can be used to increase the efficiency of steam power plants (CCP). The greatest effect can be achieved by using the invention in small and medium capacity CCPs (below 120 MW) operating on solid fuel or low-calorific low-pressure synthetic gas obtained by gasification (pyrolysis) of non-toxic solid household and industrial combustible waste, as well as in CCP operating on low-pressure natural gas supplied from urban gas networks.

Повышение КПД ПСУ обеспечивают путем увеличения срабатываемого теплоперепада в паровой турбине за счет повышения начального давления пара и применения промежуточного перегрева пара за частью высокого давления паровой турбины, а также путем надстройки ПСУ газовыми турбинами со сбросом выхлопных газов газовой турбины в котел с превращением ПСУ в так называемые сбросные парогазовые установки (ПГУС).Improving the efficiency of CCPs is achieved by increasing the triggered heat transfer in a steam turbine by increasing the initial steam pressure and applying intermediate superheating of the steam behind a part of the high pressure of the steam turbine, as well as by adding CCPs to gas turbines with discharge of the exhaust gases of the gas turbine into a boiler with the conversion of CCPs into so-called combined cycle gas turbine units (CCPP).

Известна ПГУС (Безлепкин В.П. Парогазовые установки со сбросом газов в котел // Л., Машиностроение, Ленингр. отд-е, 1984, с. 9, рис. 1.1), содержащая энергетическую паровую турбину (ЭПТ) 9 с конденсатором и турбогенератором, котел 5 с топкой, испарителем, перегревателями пара высокого давления (в.д.) и промежуточного пара и газоводяными подогревателями (газоводяными теплообменниками), а также содержащая газотурбинный агрегат (ГТА) 1 с компрессором, камерой сгорания и газовой турбиной, сообщенной на выходе по рабочему телу с входом топки котла 5 по окислителю (среде сжигания) топлива, и турбогенератором ГТА, установленным на валу газовой турбины.Famous CCPP (Bezlepkin V.P. Combined-cycle plants with gas discharge to the boiler // L., Mashinostroenie, Leningrad. Department, 1984, p. 9, Fig. 1.1), containing an energy steam turbine (EPT) 9 with a condenser and a turbogenerator, a boiler 5 with a furnace, an evaporator, superheaters of high pressure steam (HP) and intermediate steam and gas-water heaters (gas-water heat exchangers), and also containing a gas turbine unit (GTA) 1 with a compressor, a combustion chamber, and a gas turbine communicated to the output of the working fluid with the input of the furnace 5 of the boiler oxidized the body (combustion medium) of the fuel, and a GTA turbogenerator mounted on the shaft of the gas turbine.

Энергетическая паровая турбина 9 выполнена трехцилиндровой, цилиндр в.д. (ЦВД) сообщен на входе по пару с выходом перегревателя пара в.д. котла 5 по пару, на выходе по пару - через тракт перегревателя промежуточного пара котла 5 - с входом цилиндра среднего давления (ЦСД) по пару.Energy steam turbine 9 is made of a three-cylinder, cylinder east (CVP) is communicated at the steam input with the output of the steam superheater. boiler 5 in steam; at the steam outlet, through the path of the superheater of the intermediate steam of boiler 5 - with the inlet of the medium-pressure cylinder (CSD) in steam.

Недостатками приведенного аналога являются необходимость в наличии газотурбинного топлива - природного газа высокого давления либо очищенного от пыли и вредных примесей синтетического топлива высокого давления, что связано с дополнительными капитальными и эксплуатационными затратами, а также пониженное содержание кислорода на выхлопе газовой турбины, что затрудняет сжигание низкокалорийного топлива в топке котла. Кроме того, применение двух- и более цилиндровой паровой турбины с высоким давлением пара перед ЦВД и промежуточным перегревом пара за ЦВД для ЭПТ малой и средней мощности не представляется возможным из-за чрезмерного снижения высоты лопаток ЦВД и резкого падения его адиабатического КПД.The disadvantages of this analogue are the need for gas turbine fuel - natural gas of high pressure or purified from dust and harmful impurities of synthetic fuel of high pressure, which is associated with additional capital and operating costs, as well as low oxygen content in the exhaust of a gas turbine, which makes it difficult to burn low-calorific fuel in the furnace of the boiler. In addition, the use of two or more cylinder steam turbines with high vapor pressure in front of the HPP and intermediate superheating of the steam behind the HPP for low and medium power EPTs is not possible due to an excessive decrease in the height of the HPC blades and a sharp drop in its adiabatic efficiency.

Известны также энергосиловые установки с котлами, содержащими рекуперативные воздухоподогреватели (РВП), осуществляющие нагрев сжатого воздуха за компрессором перед воздушной турбиной («High Efficiency Electric Power Generation; The Environmental Role» / Janos Beer // Massachusetts Institute of Technology Cambridge, USA, 2007, http://mitei.mit.edu/system/files/beer-combustion.pdf; «Innovative Technological Initiatives to Upgrade Power Plants» / J.M. Beer, and V. Homola // IEA-USDOE-USAID International Conference in Clean Coal Utilization, Budapest, Hungary, February 24-28, 1992 и др.). Из уровня техники известны змеевики, предназначенные для работы с теплоносителями при температурах выше 900°C, которые могут быть использованы для изготовления высокотемпературных РВП («Разработка жаростойких сплавов для элементов конструкции радиантной части змеевиков высокотемпературных установок нефтесинтеза» / Орыщенко А.С, д.т.н., Генеральный директор // ФГУП ЦНИИ КМ «Прометей», http://sgm-oil.ru/info/prometey.pdf). Замена камер сгорания ГТА, используемых для надстройки ПСУ по сбросной схеме, на высокотемпературные РВП с превращением газовой турбины в воздушную турбину (ВТ), а ГТА - в воздушный турбодвигатель (ВТД) позволяет устранить необходимость в наличии газотурбинного топлива (природного газа высокого давления или др.), повысить ресурс газовой (воздушной) турбины и обеспечить достаточно высокое содержание кислорода в среде сжигания низкокалорийного топлива в топке котла.Also known are power plants with boilers containing recuperative air heaters (RHP) that heat the compressed air behind the compressor in front of the air turbine ("High Efficiency Electric Power Generation; The Environmental Role" / Janos Beer // Massachusetts Institute of Technology Cambridge, USA, 2007, http://mitei.mit.edu/system/files/beer-combustion.pdf; “Innovative Technological Initiatives to Upgrade Power Plants” / JM Beer, and V. Homola // IEA-USDOE-USAID International Conference in Clean Coal Utilization , Budapest, Hungary, February 24-28, 1992, etc.). The prior art known coils designed to work with coolants at temperatures above 900 ° C, which can be used for the manufacture of high-temperature RVP ("Development of heat-resistant alloys for the structural elements of the radiant part of the coils of high-temperature systems of oil synthesis" / Oryshchenko A. S., d. Ph.D., General Director // Federal State Unitary Enterprise Central Research Institute KM "Prometey", http://sgm-oil.ru/info/prometey.pdf). Replacing the gas turbine combustion chambers used for supercharging the CCP according to the discharge circuit with high-temperature air-heaters with a gas turbine turning into an air turbine (VT), and gas-turbine engines into an air turbine engine (VTD) eliminates the need for gas turbine fuel (high-pressure natural gas or other .), increase the resource of the gas (air) turbine and provide a sufficiently high oxygen content in the environment for burning low-calorific fuel in the boiler furnace.

Наиболее близким аналогом (прототипом) заявляемого устройства является ПСУ (Сбросные ПГУ с угольными паротурбинными блоками большой мощности: термодинамический аспект / Михайлов В.Е., Верткин М.А., Кругликов П.А. и др. // Энергетик, 2014, №1, с. 13, рис. 2), содержащая паровой котел (парогенератор) 2 с РВП 15, трехцилиндровую энергетическую паровую турбину (ЭПТ) с ЦВД 6, ЦСД 7 и турбогенератором 8, воздушный компрессор ВТД 13, сообщенный на входе по воздуху с атмосферой, на выходе по воздуху - с входом РВП 15 по воздуху, и воздушную турбину (ВТ), сообщенную на выходе по воздуху с входом котла 2 по окислителю топлива (воздуху), на входе по воздуху - с выходом РВП 15 по воздуху. ЦВД 6 сообщен на входе по пару с выходом парового котла по пару, на выходе по пару - через тракт промежуточного пароперегревателя - с входом ЦСД 7 по пару.The closest analogue (prototype) of the claimed device is CCP (Waste CCGT with coal steam turbine blocks of high power: thermodynamic aspect / Mikhailov V.E., Vertkin M.A., Kruglikov P.A. et al. // Energetik, 2014, No. 1, p. 13, Fig. 2), containing a steam boiler (steam generator) 2 with RVP 15, a three-cylinder energy steam turbine (EPT) with CVP 6, TsSD 7 and a turbogenerator 8, air compressor VTD 13, communicated at the air inlet with atmosphere, at the outlet through the air - with the entrance of the RVP 15 through the air, and an air turbine (VT), reported to you ode air inlet with the boiler 2 through the fuel oxidant (air) inlet air - in a yield of 15 RVP air. CVP 6 is communicated at the steam inlet with the steam boiler output at the steam, at the steam output - through the intermediate superheater path - with the input of the TsSD 7 at the steam.

Недостаток прототипа состоит в невозможности его применения в ПСУ малой или средней мощности. В прототипе ВТД 13 выполнен по одновальной схеме, компрессор и ВТ установлены на одном валу с ЭПТ и турбогенератором без использования редуктора, что возможно лишь при достаточно больших расходах воздуха через компрессор, т.е. в ПСУ большой мощности. В ПСУ меньшей мощности и, соответственно, с меньшими расходами циклового воздуха обороты компрессора повышают для увеличения относительной длины последних лопаток компрессора и повышения его адиабатического КПД. Трехцилиндровое исполнение ЭПТ с высоким начальным давлением перед ЦВД и промежуточным перегревом пара за ЦВД для малорасходных ЭПТ также неприменимо по указанным выше причинам. Срабатываемый теплоперепад в ЭПТ малой или средней мощности оказывается невысоким, что отрицательно сказывается на КПД ПСУ.The disadvantage of the prototype is the impossibility of its use in CCP of low or medium power. In the prototype, the VTD 13 is made according to a single-shaft scheme, the compressor and VT are installed on the same shaft as the EPT and the turbogenerator without using a gearbox, which is possible only at sufficiently large air flow rates through the compressor, i.e. in CCP high power. In CCP of lower power and, accordingly, with lower consumption of cyclic air, the compressor speed is increased to increase the relative length of the last compressor blades and increase its adiabatic efficiency. The three-cylinder design of EPT with a high initial pressure in front of the CVP and intermediate steam overheating behind the CVP for low consumption EPT is also not applicable for the above reasons. The generated heat drop in the EPT of low or medium power is low, which negatively affects the efficiency of the CCP.

Задачей изобретения является повышение КПД ПСУ малой и средней мощности за счет увеличения теплоперепада, срабатываемого в паротурбинной части ПСУ. Это достигается тем, что в отличие от прототипа и других известных технических решений, ПСУ содержит приводную паровую турбину (ППТ), сообщенную на входе по пару с выходом котла по пару, на выходе по пару - с входом ЭПТ по пару, при этом ВТ установлена на одном валу с ЭПТ таким образом, что уплотнение вала ЭПТ со стороны входа по пару сообщено на выходе по протечкам пара уплотнений с трактом по сжатому воздуху перед ВТ, а воздушный компрессор выполнен либо одновальным и установленным на одном свободном валу с ППТ в общем герметичном корпусе, либо двухвальным, состоящим из компрессоров низкого и высокого давления, при этом компрессор низкого давления (н.д.) установлен на одном валу с ЭПТ, а компрессор в.д. установлен на одном свободном валу с ППТ в общем герметичном корпусе.The objective of the invention is to increase the efficiency of CCP of low and medium power by increasing the heat drop triggered in the steam-turbine part of CCP. This is achieved by the fact that, in contrast to the prototype and other well-known technical solutions, the CCP contains a steam driven turbine (PPT) communicated at the steam inlet with the boiler output in pairs, at the steam output with the EPT input in steam, while VT is installed on the same shaft with EPT in such a way that the EPT shaft seal on the steam inlet side is communicated at the outlet through the leakage of a pair of seals with a path through the compressed air in front of the VT, and the air compressor is either single-shaft and installed on the same free shaft with the PPT in a common sealed housing , lib about two-shaft, consisting of low and high pressure compressors, while the low pressure compressor (n.d.) is installed on the same shaft with EPT, and the compressor is high. mounted on a single free shaft with PPT in a common sealed enclosure.

В ходе проведенного заявителем анализа уровня техники, включающего поиск по патентным и научно-исследовательским источникам информации, а также выявление других источников, содержащих сведения об аналогах заявляемого изобретения, заявитель не обнаружил технического решения, характеризующегося признаками, тождественными (эквивалентными) признакам заявляемого изобретения, при этом изобретение не вытекает явным для специалиста образом из определенного заявителем известного уровня техники.In the course of the applicant’s analysis of the prior art, including searching through patent and research sources of information, as well as identifying other sources containing information about analogues of the claimed invention, the applicant did not find a technical solution characterized by features identical (equivalent) to the features of the claimed invention, when this invention does not follow explicitly for a specialist in the manner defined by the applicant of the prior art.

Определение из перечня выявленных аналогов прототипа как наиболее близкого технического решения по совокупности признаков позволило выявить в заявляемом устройстве определенную в нижеприведенной формуле изобретения совокупность существенных отличительных признаков по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату.The determination from the list of identified analogues of the prototype as the closest technical solution for the totality of features made it possible to identify in the inventive device the set of essential distinguishing features defined in the following claims in relation to the technical result perceived by the applicant.

Установка воздушного компрессора или его каскада в.д. на одном свободном валу с ППТ позволяет увеличить частоту вращения роторов компрессора (или его каскада в.д.) и ППТ до оптимальных для турбомашин малой и средней мощности значений, т.е. до 6000-12000 об/мин, с соответствующим уменьшением диаметров ступеней и увеличением относительных высот лопаток этих турбомашин, что, в свою очередь, позволяет повысить начальное давление перед ППТ примерно в 2-3 раза без ущерба для величины ее адиабатического КПД, благодаря этому повысить суммарный теплоперепад и суммарную полезную мощность, вырабатываемую в приводной и энергетической паровых турбинах. Предложенное конструктивное объединение турбомашин в блоки - блок ППТ-компрессор (компрессор в.д.), размещенный в общем герметичном корпусе, и блок ЭПТ-ВТ с выводом протечек пара уплотнений вала ЭПТ со стороны входа по пару в область сжатого воздуха перед ВТ - позволяет кинематически разделить паротурбинную часть, а при необходимости - и компрессор, на высокооборотную часть, имеющую относительно короткие рабочие лопатки, и на низкооборотную часть - ЭПТ и, возможно, компрессор н.д., повышение оборотов которых недопустимо по прочностным характеристикам длинных рабочих лопаток последних ступеней ЭПТ и первой ступени компрессора н.д., исключив при этом попадание возможных протечек пара уплотнений в машинный зал и обеспечив их утилизацию в качестве дополнительного рабочего тела ВТ и дополнительного окислителя для сжигания угарного газа (СО), образующегося при газификации твердых топлив.Installation of an air compressor or its cascade on a single free shaft with PPT allows increasing the rotation frequency of the compressor rotors (or its cascade of HP) and PPT to the optimal values for small and medium power turbomachines, i.e. up to 6000-12000 rpm, with a corresponding reduction in the diameters of the steps and an increase in the relative heights of the blades of these turbomachines, which, in turn, makes it possible to increase the initial pressure in front of the PMT by about 2–3 times without affecting the value of its adiabatic efficiency, thereby total heat transfer and total net power generated in drive and power steam turbines. The proposed constructive integration of turbomachines into blocks — the PPT-compressor block (HP compressor) located in a common sealed housing, and the EPT-VT block with the output of leakage of a pair of EPT shaft seals from the steam inlet side to the compressed air in front of the VT — allows kinematically divide the steam turbine part, and, if necessary, the compressor, into a high-speed part having relatively short working blades, and a low-speed part - EPT and, possibly, a n.a. compressor, the increase in speed of which is unacceptable by strength characteristics veristikam of long working blades of the last stages of EPT and the first stage of the compressor n.a., thus excluding the possible leakage of a pair of seals in the engine room and ensuring their disposal as an additional working fluid VT and an additional oxidizing agent for burning carbon monoxide (CO) generated during gasification of solid fuels.

Сущность изобретения поясняется схематическими чертежами, представленными на фиг. 1 и 2. На фиг. 1 приведен вариант заявляемой ПСУ с одновальным воздушным компрессором, на фиг. 2 - с двухвальным компрессором.The invention is illustrated by the schematic drawings shown in FIG. 1 and 2. In FIG. 1 shows a variant of the claimed CCP with a single-shaft air compressor, FIG. 2 - with a twin-shaft compressor.

ПСУ содержит паровой котел с рекуперативным воздухоподогревателем (РВП) 8, энергетическую паровую турбину (ЭПТ) 1 с турбогенератором 3, воздушный компрессор, сообщенный на входе по воздуху с атмосферой, на выходе по воздуху - с входом РВП 8 по воздуху, и воздушную турбину (ВТ) 13, сообщенную на выходе по воздуху с входом котла (топки 4) по воздуху, на входе по воздуху - с выходом РВП 8 по воздуху.The CCP contains a steam boiler with a recuperative air heater (RVP) 8, an energy steam turbine (EPT) 1 with a turbogenerator 3, an air compressor communicated at the air inlet with the atmosphere, at the air outlet with an inlet of the RVP 8 through air, and an air turbine ( BT) 13, communicated at the air outlet with the boiler inlet (furnace 4) through the air, at the air inlet - with the outlet of the RVP 8 through the air.

Согласно изобретению, ПСУ содержит приводную паровую турбину (ППТ) 14, сообщенную на входе по пару с выходом парового котла (пароперегревателя 6) по пару, на выходе по пару - с входом ЭПТ 1 по пару (в приведенном на фиг. 1 примере - через тракт промежуточного пароперегревателя 7), при этом ВТ 13 установлена на одном валу с ЭПТ 1 таким образом, что уплотнение вала 15 со стороны входа ЭПТ 1 по пару на выходе по протечкам пара уплотнений сообщено с трактом по сжатому воздуху перед ВТ 13, а воздушный компрессор выполнен либо одновальным (фиг. 1, поз. 12) и установлен на одном свободном валу с ППТ 14 в общем герметичном корпусе, либо выполнен двухвальным (фиг. 2), состоящим из компрессоров н.д. 21 и в.д. 12, при этом компрессор н.д. 21 установлен на одном валу с ЭПТ 1, а компрессор в.д. 12 установлен на одном свободном валу с ППТ 14 в общем герметичном корпусе.According to the invention, the CCP contains a steam driven turbine (ППТ) 14, coupled at the steam input with the output of the steam boiler (superheater 6) in pairs, at the steam output - with the input of EPT 1 for steam (in the example shown in Fig. 1, through the path of the intermediate superheater 7), while BT 13 is mounted on the same shaft with EPT 1 in such a way that the shaft seal 15 on the inlet side of EPT 1 is coupled to the outlet through leakage of the pair of seals with the path through the compressed air in front of VT 13, and the air compressor made either single-shaft (Fig. 1, item 12) and set flax on the same free shaft with PPT 14 in a common sealed enclosure, or is made of a two-shaft (Fig. 2), consisting of compressor n.d. 21 and east 12, while the compressor n.d. 21 is installed on the same shaft with EPT 1, and the compressor 12 is mounted on the same free shaft with PPT 14 in a common sealed enclosure.

На фиг. 1 и 2 также изображены конденсатор 2 паротурбинной установки, топка 4, испаритель 5, пароперегреватель 6 и экономайзер 9 парового котла, а также регулирующий клапан (РК) 17 подачи топлива в горелки топки 4. Топливо, подаваемое в топку 4, в обоих примерах предполагается газообразным или жидким. Воздушный компрессор на входе по воздуху снабжен органом регулирования расхода воздуха в компрессор - одним или несколькими входными направляющими аппаратами (ВНА) 16.In FIG. 1 and 2 also show a condenser 2 of a steam turbine installation, a furnace 4, an evaporator 5, a superheater 6 and an economizer 9 of a steam boiler, as well as a control valve (PK) 17 for supplying fuel to the burners of the furnace 4. The fuel supplied to the furnace 4 is assumed in both examples gaseous or liquid. The air compressor at the inlet through the air is equipped with a body for regulating the flow of air into the compressor - one or more input guide vanes (VNA) 16.

В ПСУ на фиг. 1 паровой котел также содержит промежуточный пароперегреватель 7 и газо-водяные подогреватели (ГВП) 10 и 11, а ПСУ снабжена деаэратором 18 и регенеративными подогревателями н.д. (ПНД) 19 и в.д. (ПВД) 20, установленными, соответственно, на линии конденсата за конденсатором 2 и питательной воды за деаэратором 18 параллельно ГВП 11 и 10. ПСУ на фиг. 2 содержит воздухоохладитель 22, установленный на линии подачи воздуха из компрессора н.д. 21 в компрессор в.д. 12, сообщенный на входе по охлаждающей воде с выходом конденсатора 2 по конденсату (воде), на выходе по охлаждающей воде - с входом котельного экономайзера 9 по питательной воде. ПСУ работает следующим образом.In the CSP of FIG. 1 steam boiler also contains an intermediate superheater 7 and gas-water heaters (GWP) 10 and 11, and the CCP is equipped with a deaerator 18 and regenerative heaters n.d. (PND) 19 and east (LDPE) 20 installed, respectively, on the condensate line behind the condenser 2 and the feed water behind the deaerator 18 in parallel to the GWP 11 and 10. The CCP in FIG. 2 comprises an air cooler 22 mounted on an air supply line from a n.a. compressor 21 rpm compressor 12, communicated at the inlet for cooling water with the outlet of the condenser 2 for condensate (water), at the outlet for cooling water with the inlet of the boiler economizer 9 for feed water. CSP works as follows.

Пуск ПСУ может быть осуществлен с использованием любых известных из технического уровня пусковых устройств: пускового электродвигателя, установленного на валу компрессора 12 и ППТ 14 (фиг. 1), либо тиристорного пускового устройства турбогенератора 3 (фиг. 2), либо пусковой воздуходувки, предназначенной для подачи воздуха в топку 4 во время растопки котла и набора нагрузки до технологического минимума.The start of the CCP can be carried out using any starting devices known from the technical level: a starting electric motor mounted on the shaft of the compressor 12 and ППТ 14 (Fig. 1), or a thyristor starting device of a turbogenerator 3 (Fig. 2), or a starting blower designed for air supply to the furnace 4 during the kindling of the boiler and gaining load to the technological minimum.

В установившемся режиме пар, поступающий из котла (из пароперегревателя 6) в ППТ 14, совершает работу по приводу компрессора 12 (фиг. 1) или компрессора в.д. 12 (фиг. 2), осуществляющего сжатие и подачу воздуха в РВП 8, где сжатый воздух нагревают до 900-1200 К и подают в ВТ 13. Из ППТ 14 пар подают (в приведенном на фиг. 1 примере - через тракт перегревателя промежуточного пара 7) на вход ЭПТ 1 по пару, где пар совершает работу по приводу турбогенератора 3. Отработанный в ЭПТ 1 пар конденсируют в конденсаторе 2, конденсат отработанного пара нагревают в регенеративных и газоводяных подогревателях 10, 11, 19, 20 и деаэраторе 18 (фиг. 1) или в воздухоохладителе 22 (фиг. 2) и подают в экономайзер 9, далее - в испаритель 5, где вырабатывают пар, который перегревают в пароперегревателе 6 и подают в приводную паровую турбину 14.In the steady state, the steam coming from the boiler (from the superheater 6) to the ППТ 14 does the work of driving the compressor 12 (Fig. 1) or the compressor 12 (Fig. 2), which compresses and delivers air to the RVP 8, where the compressed air is heated to 900-1200 K and supplied to VT 13. From the PPT, 14 pairs are supplied (in the example shown in Fig. 1, through the intermediate steam superheater path 7) a pair of EPT 1 input, where the steam does the work of driving the turbogenerator 3. The steam worked out in the EPT 1 is condensed in a condenser 2, the spent steam condensate is heated in regenerative and gas-water heaters 10, 11, 19, 20 and deaerator 18 (Fig. 1) or in the air cooler 22 (Fig. 2) and served in the economizer 9, then in the evaporator 5, where the output steam is injected, which is superheated in the superheater 6 and fed to the drive steam turbine 14.

Давление воздуха перед ВТ 13 - скользящее, устанавливается в зависимости от текущих значений температуры воздуха перед ВТ 13 и производительности воздушного компрессора, зависящей, в свою очередь, от температуры наружного воздуха, а в варианте фиг. 1 - и от оборотов компрессора 12. В оптимальном исполнении компрессора и ВТ давление перед ВТ 13 и степень сжатия в компрессоре в номинальном режиме для расчетных условий соответствует максимуму разности мощностей ВТ и компрессора. На переменных режимах расход воздуха в компрессор регулируют при помощи ВНА 16 по величине оборотов вала с роторами компрессора (компрессора в.д.) 12 и ППТ 14. Топливо подают к горелкам топки 4 с регулированием при помощи РК 17 по заданной величине нагрузки в рамках заданных ограничений.The air pressure in front of the VT 13 is moving, it is set depending on the current values of the air temperature in front of the VT 13 and the performance of the air compressor, which, in turn, depends on the outdoor temperature, and in the embodiment of FIG. 1 - and from the revolutions of the compressor 12. In the optimal design of the compressor and VT, the pressure in front of VT 13 and the compression ratio in the compressor in the nominal mode for the design conditions corresponds to the maximum difference in power between the VT and the compressor. In variable conditions, the air flow to the compressor is controlled by VNA 16 according to the value of the shaft speed with the compressor rotors (air compressor) 12 and ППТ 14. Fuel is supplied to the burner of the furnace 4 with regulation by means of PK 17 according to the specified load value within the specified restrictions.

С увеличением подачи топлива в топку 4 через РК 17 (для увеличения мощности ПСУ) производительность пара в.д. и мощность ППТ 14 возрастают, поддержание оборотов вала ППТ 14 на оптимальном уровне обеспечивают приоткрытием ВНА 16, при этом расход воздуха через компрессор и давление воздуха перед ВТ 13 увеличиваются. Однако давление пара перед ЭПТ 1 с увеличением расхода пара в ЭПТ также увеличивается, т.е. на всех режимах давление пара перед ЭПТ 1 превышает давление воздуха перед ВТ 13.With an increase in the supply of fuel to the furnace 4 through RK 17 (to increase the power of the CCP), steam productivity and the power of the PPT 14 increase, maintaining the RPM shaft 14 rotations at the optimum level is provided by slightly opening the BHA 16, while the air flow through the compressor and the air pressure in front of the VT 13 increase. However, the vapor pressure before EPT 1 also increases with increasing steam consumption in EPT, i.e. in all modes, the vapor pressure before EPT 1 exceeds the air pressure before VT 13.

Установка воздушного компрессора или его каскада в.д. 12 на одном свободном валу с ППТ 14 позволяет увеличить частоту вращения роторов компрессора (или его каскада в.д.) и ППТ до оптимальных для малорасходных турбомашин значений, т.е. до 6000-12000 об/мин, с соответствующим уменьшением диаметров ступеней и увеличением относительных высот лопаток этих турбомашин, что, в свою очередь, позволяет повысить начальное давление перед ППТ 14 примерно в 2-3 раза без ущерба для величины ее адиабатического КПД, благодаря этому повысить суммарный теплоперепад и суммарную полезную мощность, вырабатываемую в ППТ 14 и ЭПТ 1. Предложенное конструктивное объединение турбомашин в блоки - блок ППТ 14-компрессор (компрессор в.д.) 12, размещенный в общем герметичном корпусе, и блок ЭПТ 1-ВТ 13 с выводом протечек пара уплотнений вала ЭПТ 1 со стороны входа по пару в область сжатого воздуха перед ВТ 13 - позволяет кинематически разделить паротурбинную часть, а при необходимости - и компрессор, на высокооборотную часть, имеющую относительно короткие рабочие лопатки, и на низкооборотную часть - ЭПТ 1 и, возможно, компрессор н.д. 21, повышение оборотов которых недопустимо по прочностным характеристикам длинных рабочих лопаток последних ступеней ЭПТ 1 и, возможно, первой ступени компрессора н.д. 21, исключив при этом попадание возможных протечек пара уплотнений в машинный зал и обеспечив их утилизацию в качестве дополнительного рабочего тела ВТ и дополнительного окислителя для сжигания угарного газа (СО), образующегося при газификации твердых топлив.Installation of an air compressor or its cascade 12 on one free shaft with PPT 14 allows you to increase the frequency of rotation of the compressor rotors (or its cascade of HP) and PPT to optimal values for low-speed turbomachines, i.e. up to 6000-12000 rpm, with a corresponding reduction in the diameters of the steps and an increase in the relative heights of the blades of these turbomachines, which, in turn, makes it possible to increase the initial pressure in front of the PPT 14 by approximately 2–3 times without affecting the value of its adiabatic efficiency, due to this to increase the total heat transfer and the total net power generated in the FPT 14 and EPT 1. The proposed constructive integration of turbomachines into blocks is the PPT 14-compressor unit (HP compressor) 12, located in a common sealed housing, and the EPT 1-VT 13 block with the conclusion edema of steam of EPT 1 shaft seals from the steam inlet side to the compressed air area in front of VT 13 allows kinematically separating the steam turbine part, and, if necessary, the compressor, into a high-speed part having relatively short working blades and a low-speed part - EPT 1 and possibly compressor n.d. 21, the increase in speed of which is unacceptable by the strength characteristics of the long working blades of the last stages of EPT 1 and, possibly, the first stage of the compressor n.d. 21, while eliminating the possible leakage of a pair of seals in the engine room and ensuring their disposal as an additional working fluid of BT and an additional oxidizing agent for burning carbon monoxide (СО), which is formed during the gasification of solid fuels.

Приведенные примеры представлены для иллюстрации заявляемого изобретения по обоим альтернативным признакам формулы и не исчерпывают всех возможных вариантов его применения. В частности, котел может быть выполнен работающим на твердом топливе и снабжен известными из технического уровня устройствами для подготовки и подачи твердого топлива в топку и вывода шлакозольных остатков из топки, либо надстроен газификатором твердого топлива с подачей смеси природного газа и вырабатываемого в газификаторе синтетического газа в топку котла (Гибридные угольно-газовые ПГУ большой мощности: основные технические и схемные решения / Михайлов В.Е., Верткий М.А., Кругликов П.А. и др. // Энергетик, 2013, №12, с. 8). ЭПТ 1 может содержать дополнительные промежуточные отборы пара на теплофикацию и (или) на производственные нужды либо быть турбиной с противодавлением и вообще не иметь конденсатора. В ПСУ с одновальным компрессором (фиг. 1) ППТ14 на выходе по пару может быть сообщена с входом ЭПТ 1 по пару непосредственно, а не через тракт промежуточного пароперегревателя 7, который может отсутствовать. В ПСУ с двухвальным компрессором (фиг. 2) компрессор н.д. на выходе по воздуху может быть сообщен с входом компрессора в.д. по воздуху непосредственно, а не через воздухоохладитель 22, который также может отсутствовать. Воздушная турбина на входе по воздуху может быть сообщена с выходом газо-воздушного подогревателя по воздуху не непосредственно, а через тракт камеры дожигания топлива по воздуху, установленной на линии подачи воздуха из РВП для дополнительного повышения температуры газа перед воздушной турбиной, что благодаря высокой температуре воздуха за РВП не приведет к существенному снижению содержания кислорода за воздушной турбиной (О предпроектной проработке гибридной угольной ПГУ с воздухонагревателем // Гордеев С.И., Шульман В.Л., Рыжков А.Ф. и др./ Электрические станции, 10, 2012, с. с. 17-21), вал турбогенератора 3 может быть присоединен к валу ЭПТ 1 не путем установки роторов на один вал, как показано на фиг. 1 и 2, а через редуктор (при использовании ЭПТ достаточно малой мощности с укороченной последней ступенью), и т.п.The above examples are presented to illustrate the claimed invention for both alternative features of the formula and do not exhaust all possible variants of its application. In particular, the boiler can be made using solid fuel and equipped with devices known from the technical level for preparing and supplying solid fuel to the furnace and removing slag ash residues from the furnace, or it can be equipped with a solid fuel gasifier with a mixture of natural gas and synthetic gas generated in the gasifier in boiler furnace (Hybrid coal-gas combined cycle gas turbine power plants of high power: basic technical and circuit solutions / Mikhailov V.E., Vertky M.A., Kruglikov P.A. et al. // Energetik, 2013, No. 12, p. 8) . EPT 1 may contain additional intermediate steam extraction for heating and (or) for production needs or be a backpressure turbine and have no condenser at all. In CCP with a single-shaft compressor (Fig. 1), the PPT14 at the steam output can be communicated with the input of the EPT 1 in a couple directly, and not through the intermediate superheater 7 path, which may be absent. In CCP with a twin-shaft compressor (Fig. 2) compressor n.d. at the air outlet it can be communicated with the compressor inlet. by air directly, and not through air cooler 22, which may also be absent. An air turbine at the inlet through the air may not communicate directly with the gas-air heater outlet through the air, but rather through the path of the afterburning chamber of fuel through the air installed on the air supply line from the air heater to further increase the gas temperature in front of the air turbine, due to the high air temperature for RVP will not lead to a significant decrease in the oxygen content behind the air turbine (On the pre-design study of a hybrid coal-fired CCGT with an air heater // Gordeev S.I., Shulman V.L., Ryzhkov A.F. et al. / Electrical station 10, 2012, p. p. 17-21), turbine shaft 3 can be attached to the shaft 1 EPT not by installing the rotors on one shaft, as shown in FIG. 1 and 2, and through the gearbox (when using EPT of sufficiently low power with a shortened last stage), etc.

Выбор оптимального варианта ПСУ зависит от многих факторов: от условий эксплуатации, от проектных значений уровня температуры воздуха за РВП и пара за перегревателем, проектной мощности ПСУ, теплотворной способности топлива, коэффициента избытка воздуха, подаваемого в топку котла, и т.п., однако в любом варианте применение заявляемого изобретения в ПСУ малой или средней мощности позволит повысить КПД ПСУ по сравнению с прототипом или другими известными аналогами.The choice of the optimal PSU option depends on many factors: on operating conditions, on the design values of the air temperature behind the RHP and steam behind the superheater, the design capacity of the PSU, the calorific value of the fuel, the coefficient of excess air supplied to the boiler furnace, etc., however, in any embodiment, the use of the claimed invention in CCP of low or medium power will increase the efficiency of CCP in comparison with the prototype or other known analogues.

Claims

Паросиловая установка, содержащая паровой котел с рекуперативным воздухоподогревателем, энергетическую паровую турбину с турбогенератором, воздушный компрессор, сообщенный на входе по воздуху с атмосферой, на выходе по воздуху - с входом рекуперативного воздухоподогревателя по воздуху, и воздушную турбину, сообщенную на выходе по воздуху с входом котла по воздуху, на входе по воздуху - с выходом рекуперативного воздухоподогревателя по воздуху, отличающаяся тем, что содержит приводную паровую турбину, сообщенную на входе по пару с выходом парового котла по пару, на выходе по пару - с входом энергетической паровой турбины по пару, воздушная турбина установлена на одном валу с энергетической паровой турбиной таким образом, что уплотнение вала энергетической паровой турбины со стороны входа по пару сообщено на выходе по протечкам пара уплотнений с трактом по сжатому воздуху перед воздушной турбиной, а воздушный компрессор выполнен либо одновальным и установленным на одном свободном валу с приводной паровой турбиной в общем герметичном корпусе, либо двухвальным, состоящим из компрессоров низкого и высокого давления, при этом компрессор низкого давления установлен на одном валу с энергетической паровой турбиной, а компрессор высокого давления установлен на одном свободном валу с приводной паровой турбиной в общем герметичном корпусе. A steam-powered installation comprising a steam boiler with a recuperative air heater, an energy steam turbine with a turbogenerator, an air compressor communicated at the air inlet with the atmosphere, at the air outlet with the recuperative air heater inlet at the air, and an air turbine communicated at the air outlet with the inlet the boiler by air, at the air inlet - with the outlet of the regenerative air heater through the air, characterized in that it contains a driven steam turbine communicated at the inlet in a pair with the exit m of a steam boiler in steam, at the steam outlet - with the steam steam turbine inlet, the air turbine is mounted on the same shaft as the energy steam turbine in such a way that the shaft seal of the energy steam turbine from the steam inlet side is communicated at the outlet through the steam leaks of the seals with a path through the compressed air in front of the air turbine, and the air compressor is either single-shaft and mounted on the same free shaft with a drive steam turbine in a common sealed housing, or two-shaft, consisting from low and high pressure compressors, while the low pressure compressor is installed on the same shaft as the energy steam turbine, and the high pressure compressor is installed on the same free shaft as the drive steam turbine in a common sealed housing.