RU2783424C1

RU2783424C1 - Combined-cycle plant with a steam turbine compressor drive, a regenerative air heater and a high-pressure steam generator

Info

Publication number: RU2783424C1
Application number: RU2022113449A
Authority: RU
Inventors: Леонид Павлович Шелудько; Юлия Эдгаровна Плешивцева; Михаил Юрьевич Лившиц
Filing date: 2022-05-19
Publication date: 2022-11-14

Abstract

FIELD: energy.

SUBSTANCE: invention relates to energy. Combined-cycle plant with a steam turbine compressor drive, a regenerative air heater and a high-pressure steam generator, containing a compressor, a regenerative air heater, a high-pressure steam generator, a gas turbine, a waste heat boiler, a vacuum deaerator, a counterpressure and condensing steam turbine, and an electric generator. The condenser outlet is connected via compressed air through the heat exchange surface of the regenerative air heater to a high-pressure steam generator. The output of the gas turbine is connected by combustion products through a regenerative air heater with a waste heat boiler. The backpressure turbine rotor is connected to the compressor rotor, the gas and condensing turbine rotors are connected to the electric generator rotor. An evaporator and a superheater are located in the inner casing of the high-pressure steam generator. An incomplete fuel combustion chamber is installed at the entrance to the inner body, and a fuel afterburning chamber is installed at its exit. The waste heat boiler contains a feed water heater (economizer) and a gas-water condensate heater.

EFFECT: invention makes it possible to increase air consumption, generation of superheated steam, electric power, thermal efficiency and environmental friendliness of a combined-cycle plant, reduce the temperature of combustion products in front of the waste heat boiler and its metal consumption.

1 cl, 1 dwg

Description

Парогазовая установка с паротурбинным приводом компрессора, регенеративным воздухоподогревателем и высоконапорным парогенератором относится к энергетике и может быть применена на тепловых электростанциях.Combined-cycle plant with a steam turbine compressor drive, a regenerative air heater and a high-pressure steam generator belongs to the power industry and can be used at thermal power plants.

Известна парогазовая установка с паротурбинным приводом компрессора. (Зарянкин А.Е., Зарянкин В.А., Сторожук С.К., Арианов С.В. Сравнительный анализ схем ПТУ с газотурбинным и паротурбинным приводами компрессора. Газотурбинные технологии, №8. 2008). Положительным качеством этой ПГУ является уменьшение степени повышения давления в компрессоре приводимого от паровой турбины. Недостатками являются недостаточная тепловая экономичность и высокая металлоемкость этой ПГУ.Known combined-cycle plant with a steam turbine drive compressor. (Zaryankin A.E., Zaryankin V.A., Storozhuk S.K., Arianov S.V. Comparative analysis of PTU schemes with gas turbine and steam turbine compressor drives. Gas turbine technologies, No. 8. 2008). The positive quality of this CCGT is the reduction of the degree of pressure increase in the compressor driven by the steam turbine. The disadvantages are insufficient thermal efficiency and high metal consumption of this CCGT.

Известна парогазовая установка с паротурбинным приводом компрессора и регенеративной газовой турбиной (Патент РФ № 2409746), содержащая конденсационную паровую турбину, компрессор, камеру сгорания, газовую турбину, котел-утилизатор с пароперегревателем, испарителем, газоводяным подогревателем питательной воды, газопровод, электрогенератор, конденсатор. Пароперегреватель связан паропроводом перегретого пара с входом конденсационной паровой турбины, ее конденсатор соединен с входом газоводяного подогревателя питательной воды. Применение парового привода компрессора и регенеративного воздухоподогревателя повышает тепловую экономичность установки. Недостатком этой ПГУ является повышенная металлоемкость поверхностей нагрева котла-утилизатора. Known combined-cycle plant with a steam turbine drive of the compressor and a regenerative gas turbine (RF Patent No. 2409746), containing a condensing steam turbine, a compressor, a combustion chamber, a gas turbine, a waste heat boiler with a superheater, an evaporator, a gas-water feed water heater, a gas pipeline, an electric generator, a condenser. The superheater is connected by a superheated steam pipeline to the inlet of the condensing steam turbine, its condenser is connected to the inlet of the gas-water feedwater heater. The use of a steam compressor drive and a regenerative air heater increases the thermal efficiency of the plant. The disadvantage of this CCGT is the increased metal content of the heating surfaces of the waste heat boiler.

Известна парогазовая установка с паротурбинным приводом компрессора и высоконапорным парогенератором (патент РФ №2533593), содержащая противодавленческую паровую турбину, компрессор, высоконапорный парогенератор, газовую турбину, электрогенератор, конденсационную паровую турбину с конденсатором, котел-утилизатор с барабаном, пароперегревателем, первой ступенью газоводяного подогревателя питательной воды и газоводяным подогревателем конденсата, вакуумный деаэратор; паропровод острого пара, перепускной паропровод, конденсатопровод, вакуумный деаэратор, трубопровод греющей воды, трубопровод подогретой воды, трубопровод горячей питательной воды, трубопровод кипящей воды, трубопровод насыщения; высоконапорный парогенератор выполнен состоящим из двухкорпусной и однокорпусной частей, двухкорпусная часть имеет внутренний и наружный корпусы, во внутреннем корпусе последовательно по ходу газов установлены камера неполного сгорания топлива, испаритель и вторая ступень газоводяного подогревателя питательной воды, в однокорпусной части установлена камера дожигания топлива; пространство между наружным и внутренним корпусами двухкорпусной части высоконапорного парогенератора служит воздуховодом между компрессором и его однокорпусной частью; пароперегреватель соединен паропроводом острого пара с входом противодавленческой паровой турбины, выход которой соединен перепускным паропроводом с входом конденсационной паровой турбины, конденсатор подключен к первому входу вакуумного деаэратора, выход которого через газоводяной подогреватель конденсата связан со вторым входом вакуумного деаэратора, а также связан трубопроводом питательной воды с питательным насосом с первой ступенью газоводяного подогревателя питательной воды; ротор противодавленческой паровой турбины соединен валом с ротором компрессора, ротор электрогенератора соединен с валами с ротором газовой турбины и с ротором конденсационной паровой турбины. Преимуществами этой установки является возможность повышения температуры продуктов сгорания перед газовой турбиной, снижение металлоемкости высоконапорного парогенератора и повышение экологичности установки с уменьшением содержания двуокиси азота в продуктах сгорания. Недостатками ПГУ является недостаточно высокая электрическая мощность, тепловая экономичность и повышенная металлоемкость котла-утилизатора. Эта ПГУ принята в качестве прототипа изобретения.A known combined-cycle plant with a steam turbine drive of a compressor and a high-pressure steam generator (RF patent No. 2533593), containing a counter-pressure steam turbine, a compressor, a high-pressure steam generator, a gas turbine, an electric generator, a condensing steam turbine with a condenser, a waste heat boiler with a drum, a superheater, the first stage of a gas-water heater feed water and gas-water condensate heater, vacuum deaerator; live steam pipeline, bypass steam pipeline, condensate pipeline, vacuum deaerator, heating water pipeline, heated water pipeline, hot feed water pipeline, boiling water pipeline, saturation pipeline; the high-pressure steam generator is made up of two-shell and single-shell parts, the double-shell part has inner and outer shells, in the inner shell there is a chamber of incomplete combustion of fuel, an evaporator and the second stage of the gas-water feed water heater in series along the gas flow, a fuel afterburning chamber is installed in the single-shell part; the space between the outer and inner casings of the double-casing part of the high-pressure steam generator serves as an air duct between the compressor and its single-casing part; the superheater is connected by a live steam line to the inlet of the counterpressure steam turbine, the outlet of which is connected by a bypass steam line to the inlet of the condensing steam turbine, the condenser is connected to the first inlet of the vacuum deaerator, the outlet of which is connected through the gas-water condensate heater to the second inlet of the vacuum deaerator, and is also connected by a feed water pipeline to the a feed pump with the first stage of a gas-water feed water heater; the counterpressure steam turbine rotor is connected by a shaft to the compressor rotor, the electric generator rotor is connected to the shafts to the gas turbine rotor and to the condensing steam turbine rotor. The advantages of this installation are the possibility of increasing the temperature of the combustion products in front of the gas turbine, reducing the metal consumption of the high-pressure steam generator and increasing the environmental friendliness of the installation with a decrease in the content of nitrogen dioxide in the combustion products. The disadvantages of CCGT are insufficiently high electrical power, thermal efficiency and increased metal consumption of the waste heat boiler. This CCGT is accepted as a prototype of the invention.

Техническим результатом изобретения является увеличение паропроизводительности, электрической мощности, тепловой экономичности и снижение металлоемкости поверхностей нагрева котла-утилизатора предлагаемой парогазовой установки с паротурбинным приводом компрессора и регенеративным воздухоподогревателем.The technical result of the invention is an increase in steam production, electric power, thermal efficiency and a decrease in the metal consumption of the heating surfaces of the waste heat boiler of the proposed combined-cycle plant with a steam turbine compressor drive and a regenerative air heater.

Технический результат достигается тем, что парогазовая установка содержащая противодавленческую и конденсационную паровые турбины, высоконапорный парогенератор, состоящий из внутреннего и наружного корпусов, котел-утилизатор с подогревателем питательной воды (экономайзером) и газоводяным подогревателем конденсата, вакуумный деаэратор; паропровод перегретого пара высокого давления и перепускной паропровод, трубопровод питательной воды с питательным насосом; во внутреннем корпусе высоконапорного парогенератора установлены камера неполного сгорания топлива, испаритель и пароперегреватель, за внутренним корпусом установлена камера дожигания топлива; конденсатор подключен к первому входу вакуумного деаэратора, выход которого через газоводяной подогреватель конденсата связан со вторым входом вакуумного деаэратора, а также связан трубопроводом питательной воды с питательным насосом с входом газоводяного подогревателя питательной воды(экономайзера) котла-утилизатора, выход которого связан через испаритель с барабаном; который связан через пароперегреватель паропроводом высокого давления с входом противодавленческой паровой турбины, выход которой соединен перепускным паропроводом с конденсационной паровой турбиной, ротор противодавленческой турбины соединен с ротором компрессора, роторы газовой и конденсационной турбин соединены валом с ротором электрогенератора; к камере неполного сгорания топлива и к камере дожигания топлива высоконапорного парогенератора подведено газообразное или жидкое топливо, причем парогазовая установка дополнительна снабжена регенеративным воздухоподогревателем установленным по ходу сжатого воздуха между компрессором и высоконапорным парогенератором, выход газовой турбины связан газоходом через регенеративный воздухоподогреватель с входом котла-утилизатора.The technical result is achieved by the fact that the steam-gas plant containing counter-pressure and condensing steam turbines, a high-pressure steam generator consisting of an inner and outer casing, a waste heat boiler with a feed water heater (economizer) and a gas-water condensate heater, a vacuum deaerator; high pressure superheated steam line and bypass steam line, feed water line with feed pump; an incomplete combustion chamber, an evaporator and a superheater are installed in the inner casing of the high-pressure steam generator; an afterburning chamber is installed behind the inner casing; the condenser is connected to the first inlet of the vacuum deaerator, the outlet of which is connected through the gas-water condensate heater to the second inlet of the vacuum deaerator, and is also connected by a feed water pipeline with a feed pump to the inlet of the gas-water feed water heater (economizer) of the waste heat boiler, the outlet of which is connected through the evaporator to the drum ; which is connected through the superheater by a high-pressure steam line to the inlet of the counterpressure steam turbine, the outlet of which is connected by a bypass steam line to the condensing steam turbine, the rotor of the counterpressure turbine is connected to the compressor rotor, the rotors of the gas and condensing turbines are connected by a shaft to the rotor of the electric generator; gaseous or liquid fuel is supplied to the chamber of incomplete combustion of fuel and to the afterburning chamber of the high-pressure steam generator, and the combined-cycle plant is additionally equipped with a regenerative air heater installed along the compressed air between the compressor and the high-pressure steam generator, the outlet of the gas turbine is connected by a gas duct through the regenerative air heater to the inlet of the waste heat boiler.

На чертеже изображена тепловая схема парогазовой установки с паровым приводом компрессора, регенеративным воздухоподогревателем и высоконапорным парогенератором. Она включает противодавленческую паровую турбину 1, компрессор 2, регенеративный воздухоподогреватель 3, высоконапорный парогенератор 4, внутренний корпус высоконапорного парогенератора 5, газовую турбину 6, электрогенератор 7, конденсационную паровую турбину 8, камеру неполного сгорания топлива 9, камеру дожигания топлива 10, конденсатор 11, испаритель 12, пароперегреватель 13, котел-утилизатор 14, газоводяной подогреватель питательной воды (экономайзер) 15, барабан 16, вакуумный деаэратор 17, газоводяной подогреватель конденсата 18, трубопровод питательной воды с питательным насосом 19, перепускной паропровод 20, газоход 21. паропровод перегретого пара высокого давления 22. The drawing shows a thermal diagram of a combined-cycle plant with a steam compressor drive, a regenerative air heater and a high-pressure steam generator. It includes a counterpressure steam turbine 1, a compressor 2, a regenerative air heater 3, a high-pressure steam generator 4, an inner casing of a high-pressure steam generator 5, a gas turbine 6, an electric generator 7, a condensing steam turbine 8, an incomplete fuel combustion chamber 9, a fuel afterburner chamber 10, a condenser 11, evaporator 12, superheater 13, waste heat boiler 14, gas-water feed water heater (economizer) 15, drum 16, vacuum deaerator 17, gas-water condensate heater 18, feed water pipeline with feed pump 19, bypass steam pipeline 20, flue 21. superheated steam steam pipeline high pressure 22.

Парогазовая установка с паровым приводом компрессора, регенеративным воздухоподогревателем и высоконапорным парогенератором работает следующим образом. Атмосферный воздух сжимается в компрессоре 2 нагревается в регенеративном воздухоподогревателе 3 за счет тепла газов расширенных в газовой турбине 6, и поступает в высоконапорный парогенератор 4 и разделяется на два потока. Первый поток воздуха поступает во внутренний корпус 5 высоконапорного парогенератора 4, камере неполного сгорания топлива 9 частично сжигается топливо при коэффициенте избытка воздуха α = 0,7 - 0,8. Продукты сгорания передают теплоту испарителю 12 и пароперегревателю 13, и поступают в однокорпусную часть высоконапорного парогенератора 4, где смешиваются со сжатым воздухом, поступающим в нее через воздуховод между наружным и внутренним корпусами высоконапорного парогенератора 4. В камере дожигания топлива 10 сжигается дополнительное количество топлива с повышением до требуемой температуры газа перед газовой турбиной 6, полезную работу которой используют для привода электрогенератора 7. Расширенные в газовой турбине 6 продукты сгорания поступают в котел-утилизатор 14 и отдают теплоту газоводяному подогревателю питательной воды 15, газоводяному подогревателю конденсата 18 и сбрасываются в атмосферу. Перегретый пар по паропроводу перегретого пара высокого давления 22 поступает в противодавленческую паровую турбину 1, полезную работу которой используют для привода компрессора 2. Пар, расширенный в турбине 1 по перепускному паропроводу 20, подается в конденсационную паровую турбину 8, расширяется и поступает в конденсатор 11. Из него конденсат подается в первый вход вакуумного деаэратора 17. Первый поток деаэрированной воды подается в газоводяной подогреватель конденсата 18, где нагревается и поступает во второй вход вакуумного деаэратора 17. Второй поток подается по трубопроводу питательной воды 19 с питательным насосом в газоводяной подогреватель питательной воды 15, где нагревается за счет утилизации теплоты газов. Нагретая питательная вода подается в испаритель 12 частично испаряется, из барабана насыщенный пар подается в пароперегреватель 13. Combined-cycle plant with steam compressor drive, regenerative air heater and high-pressure steam generator operates as follows. Atmospheric air is compressed in the compressor 2, heated in the regenerative air heater 3 due to the heat of the gases expanded in the gas turbine 6, and enters the high-pressure steam generator 4 and is divided into two streams. The first air flow enters the inner housing 5 of the high-pressure steam generator 4, the incomplete combustion chamber 9 partially burns fuel at an excess air ratio α = 0.7 - 0.8. The combustion products transfer heat to the evaporator 12 and superheater 13, and enter the single-casing part of the high-pressure steam generator 4, where they mix with compressed air entering it through the air duct between the outer and inner casings of the high-pressure steam generator 4. In the afterburner chamber 10, an additional amount of fuel is burned with an increase in to the required gas temperature in front of the gas turbine 6, the useful work of which is used to drive the electric generator 7. The combustion products expanded in the gas turbine 6 enter the waste heat boiler 14 and give off heat to the gas-water feed water heater 15, the gas-water condensate heater 18 and are discharged into the atmosphere. The superheated steam through the high-pressure superheated steam line 22 enters the counter-pressure steam turbine 1, the useful work of which is used to drive the compressor 2. The steam expanded in the turbine 1 through the bypass steam line 20 is supplied to the condensing steam turbine 8, expands and enters the condenser 11. From it, the condensate is fed into the first inlet of the vacuum deaerator 17. The first stream of deaerated water is fed into the gas-water condensate heater 18, where it is heated and enters the second inlet of the vacuum deaerator 17. The second stream is fed through the feed water pipeline 19 with a feed pump into the gas-water feed water heater 15 , where it heats up due to the utilization of the heat of gases. The heated feed water is supplied to the evaporator 12, partially evaporates, saturated steam is supplied from the drum to the superheater 13.

Применение в парогазовой установке с высоконапорным парогенератором парового привода компрессора и регенеративного воздухоподогревателя позволяет:The use of a steam compressor drive and a regenerative air heater in a combined cycle plant with a high-pressure steam generator allows:

- уменьшить степень повышения давления в компрессоре увеличить расход воздуха через компрессор, снизить давление газов в высоконапорном парогенераторе, увеличить паропроизводительность высоконапорного парогенератора, повысить электрическую мощность;- reduce the degree of pressure increase in the compressor, increase the air flow through the compressor, reduce the gas pressure in the high-pressure steam generator, increase the steam capacity of the high-pressure steam generator, increase the electric power;

- за счет применения регенеративного воздухоподогревателя повысить тепловую экономичность ПГУ, уменьшить температуру продуктов сгорания перед котлом-утилизатором и снизить его металлоемкость.- through the use of a regenerative air heater, increase the thermal efficiency of the CCGT, reduce the temperature of the combustion products in front of the waste heat boiler and reduce its metal consumption.

Claims

Combined-cycle plant containing counter-pressure and condensing steam turbines, a condenser, a high-pressure steam generator, a waste heat boiler with a gas-water feed water heater - an economizer and a gas-water condensate heater; vacuum deaerator, high pressure superheated steam pipeline, feed water pipeline with feed pump; the high-pressure steam generator consists of an outer and an inner housing, an incomplete fuel combustion chamber, an evaporator and a superheater are installed in the inner housing, a fuel afterburning chamber is installed behind the inner housing; the condenser is connected through a vacuum deaerator to a gas-water condensate heater and is connected by a feed water pipeline to a feed pump with a gas-water feed water heater, the outlet of which is connected through an evaporator and a drum connected via saturated steam to the inlet of the superheater, the outlet of which is connected by a high-pressure superheated steam line to a counterpressure steam a turbine, the output of which is connected by a bypass steam line to a condensing steam turbine, the output of which is connected through a condenser and a vacuum deaerator to a gas-water feed water heater - an economizer and a gas-water condensate heater; the rotor of the counterpressure steam turbine is connected to the compressor rotor, the rotors of the gas turbine and the condensing steam turbine are connected by shafts to the rotor of the electric generator; gaseous or liquid fuel is supplied to the chamber of incomplete combustion of fuel and to the afterburning chamber of the high-pressure steam generator, characterized in that the combined-cycle plant is additionally equipped with a regenerative air heater installed along the compressed air between the compressor and the high-pressure steam generator, the gas turbine outlet is connected by a gas duct through a regenerative air heater to the inlet recovery boiler.