RU2611138C1

RU2611138C1 - Method of operating combined-cycle power plant

Info

Publication number: RU2611138C1
Application number: RU2015136089A
Authority: RU
Inventors: Анатолий Александрович Кудинов; Светлана Камиловна Зиганшина; Кирилл Русланович Хусаинов
Priority date: 2015-08-25
Filing date: 2015-08-25
Publication date: 2017-02-21

Abstract

FIELD: power engineering.

SUBSTANCE: invention relates to power engineering and can be used at thermal power plants. Disclosed is a method for operation of combined-cycle plant power plant, according to which organic fuel and atmospheric air compressed in a turbocharger are fed into a combustion chamber of a gas turbine plant, wherein process of combustion of organic fuel occurs with formation of combustion products heated to high temperature, formed gases are fed into gas turbine, in gas turbine is there is expansion of gases and gas turbine operation cycle is carried out, spent on actuating turbo-compressor and electric generator, exhaust gases in gas turbine are fed into heat recovery steam generator, steam is generated in exhaust-heat boiler during gas cooling process, steam is fed to steam turbine of condenser type, consisting of high pressure cylinder and low pressure cylinder, and exhaust gases are discharged into atmosphere via an exhaust gas duct, in steam turbine there is expansion of steam and useful work of steam-turbine cycle is carried out, which is spent on actuating electric generator, waste steam in steam turbine is discharged to condenser, where in process of heat exchange with circulating there is condensation of steam, and steam formed in condenser is fed by a pump into heat recovery steam generator, wherein there is intermediate overheating of steam spent in cylinder of high pressure steam turbine steam of condensation type in intermediate steam superheater, located in tail part of heat-recovery boiler after additional fuel combustion chamber.

EFFECT: technical result is higher reliability and efficiency of combined-cycle power plant.

1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано на тепловых электрических станциях.The invention relates to energy and can be used at thermal power plants.

Известен аналог - способ работы парогазовой установки электростанции (см. Буров В.Д., Дорохов Е.В., Елизаров Д.П. и др. Тепловые электрические станции. М.: Издательство МЭИ, 2007, рис. 15.12, с. 388), по которому органическое топливо и сжатый в турбокомпрессоре атмосферный воздух подают в камеру сгорания газотурбинной установки, где осуществляется процесс горения органического топлива с образованием нагретых до высокой температуры продуктов сгорания, образовавшиеся газы направляют в газовую турбину, в газовой турбине осуществляется процесс расширения газов и совершается работа газотурбинного цикла, затрачиваемая на привод турбокомпрессора и электрогенератора, отработавшие в газовой турбине газы направляют в котел-утилизатор, в котле-утилизаторе в процессе охлаждения газов генерируется водяной пар, водяной пар подают в паровую турбину конденсационного типа, состоящую из цилиндра высокого давления и цилиндра низкого давления, а отработавшие газы по выхлопному газоходу отводят в атмосферу, в паровой турбине осуществляется процесс расширения водяного пара и совершается полезная работа паротурбинного цикла, затрачиваемая на привод электрического генератора, отработавший в паровой турбине водяной пар отводят в конденсатор, где в процессе теплообмена с циркуляционной водой осуществляют конденсацию водяного пара, образовавшийся в конденсаторе конденсат насосом подают в котел-утилизатор. Данный способ принят за прототип.The analogue is known - the method of operation of a combined cycle plant of a power plant (see Burov V.D., Dorokhov E.V., Elizarov D.P. et al. Thermal power plants. M.: MEI Publishing House, 2007, Fig. 15.12, p. 388 ), in which fossil fuels and atmospheric air compressed in a turbocharger are fed into the combustion chamber of a gas turbine installation, where the process of burning fossil fuels with the formation of combustion products heated to a high temperature is carried out, the gases formed are sent to a gas turbine, and the expansion process is carried out in a gas turbine gas and the gas-turbine cycle is executed, expended on the drive of the turbocompressor and electric generator, the exhaust gases in the gas turbine are sent to the recovery boiler, in the recovery boiler during the cooling of the gases, water vapor is generated, water vapor is supplied to the condensation-type steam turbine, consisting of a cylinder high pressure and low pressure cylinder, and the exhaust gases are discharged into the atmosphere through the exhaust gas duct, in the steam turbine the process of expansion of water vapor is carried out and useful the work of the steam turbine cycle, spent on the drive of the electric generator, the steam that was spent in the steam turbine is diverted to the condenser, where during the heat exchange with the circulating water, water vapor is condensed, the condensate formed in the condenser is pumped to the recovery boiler. This method is adopted as a prototype.

К причине, препятствующей достижению указанного ниже технического результата при реализации известного способа работы парогазовой установки электростанции, принятого за прототип, относится то, что парогазовая установка электростанции обладает пониженной надежностью и экономичностью работы, так как не производится промежуточный перегрев водяного пара, отработавшего в цилиндре высокого давления (ЦВД) паровой турбины. При отсутствии промежуточного перегрева водяного пара повышается влажность пара на выходе из паровой турбины, что снижает надежность паровой турбины за счет эрозионного износа лопаток последних ступеней цилиндра низкого давления (ЦНД). При этом снижается экономичность работы паровой турбины, так как не производится дополнительный подвод теплоты к водяному пару в паротурбинном цикле. Таким образом, при отсутствии промежуточного перегрева частично отработавшего в паровой турбине конденсационного типа водяного пара снижаются надежность и экономичность работы паровой турбины и парогазовой установки электростанции.The reason that impedes the achievement of the technical result indicated below when implementing the known method of operation of a combined cycle plant of a power plant adopted as a prototype is that the combined cycle plant of a power plant has reduced reliability and cost-effectiveness, since there is no intermediate overheating of water vapor spent in a high-pressure cylinder (CVP) steam turbine. In the absence of intermediate overheating of water vapor, the humidity of the steam at the exit of the steam turbine increases, which reduces the reliability of the steam turbine due to erosive wear of the blades of the last stages of the low pressure cylinder (LPC). At the same time, the efficiency of the steam turbine is reduced, since there is no additional supply of heat to the water vapor in the steam-turbine cycle. Thus, in the absence of intermediate overheating of the partially depleted condensing type of steam in the steam turbine, the reliability and efficiency of the steam turbine and the combined cycle plant of a power plant are reduced.

Сущность изобретения заключается в следующем.The invention consists in the following.

Для повышения надежности и экономичности парогазовой установки электростанции путем повышения степени сухости и располагаемого теплоперепада водяного пара, целесообразно произвести вторичный перегрев водяного пара, отработавшего в цилиндре высокого давления паровой турбины конденсационного типа, теплотой газов, нагретых в камере дополнительного сжигания топлива, установленной в котле-утилизаторе. В этом случае повышается надежность работы паровой турбины конденсационного типа за счет снижения эрозионного износа лопаток последних ступеней паровой турбины в результате повышения степени сухости водяного пара, расширяющегося в цилиндре низкого давления турбины. Кроме того, повышается располагаемый теплоперепад водяного пара в ЦНД паровой турбины конденсационного типа за счет подвода к нему дополнительной теплоты в промежуточном пароперегревателе, расположенном в хвостовой части котла-утилизатора после камеры дополнительного сжигания топлива и являющемся последней теплообменной поверхностью котла-утилизатора по ходу движения газов, что увеличивает мощность паровой турбины конденсационного типа.To increase the reliability and efficiency of the combined cycle plant of a power plant by increasing the degree of dryness and the available heat transfer of water vapor, it is advisable to re-heat the steam that was used in a high-pressure cylinder of a condensation-type steam turbine with the heat of gases heated in an additional combustion chamber installed in a waste heat boiler . In this case, the reliability of the condensing type steam turbine is improved by reducing the erosive wear of the blades of the last stages of the steam turbine as a result of an increase in the degree of dryness of the water vapor expanding in the low pressure cylinder of the turbine. In addition, the available heat transfer of water vapor in the LPC of a condensing type steam turbine is increased due to the supply of additional heat to it in an intermediate superheater located in the rear of the recovery boiler after the additional fuel combustion chamber and which is the last heat-exchanging surface of the recovery boiler in the direction of gas movement, which increases the power of the condensing type steam turbine.

Технический результат - повышение надежности и экономичности работы парогазовой установки электростанции.The technical result is an increase in the reliability and efficiency of the combined cycle plant of a power plant.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном способе работы парогазовой установки электростанции, по которому органическое топливо и сжатый в турбокомпрессоре атмосферный воздух подают в камеру сгорания газотурбинной установки, где осуществляется процесс горения органического топлива с образованием нагретых до высокой температуры продуктов сгорания, образовавшиеся газы направляют в газовую турбину, в газовой турбине осуществляется процесс расширения газов и совершается работа газотурбинного цикла, затрачиваемая на привод турбокомпрессора и электрогенератора, отработавшие в газовой турбине газы направляют в котел-утилизатор, в котле-утилизаторе в процессе охлаждения газов генерируется водяной пар, водяной пар подают в паровую турбину конденсационного типа, состоящую из цилиндра высокого давления и цилиндра низкого давления, а отработавшие газы по выхлопному газоходу отводят в атмосферу, в паровой турбине осуществляется процесс расширения водяного пара и совершается полезная работа паротурбинного цикла, затрачиваемая на привод электрического генератора, отработавший в паровой турбине водяной пар отводят в конденсатор, где в процессе теплообмена с циркуляционной водой осуществляют конденсацию водяного пара, образовавшийся в конденсаторе конденсат насосом подают в котел-утилизатор, особенность заключается в том, что в котле-утилизаторе устанавливают камеру дополнительного сжигания топлива и промежуточный пароперегреватель, при этом осуществляют промежуточный перегрев отработавшего в цилиндре высокого давления паровой турбины конденсационного типа водяного пара в промежуточном пароперегревателе, расположенном в хвостовой части котла-утилизатора после камеры дополнительного сжигания топлива и являющемся последней теплообменной поверхностью котла-утилизатора по ходу движения газов.The specified technical result in the implementation of the invention is achieved by the fact that in the known method of operation of a combined cycle plant of a power plant, in which organic fuel and atmospheric air compressed in a turbocharger are supplied to the combustion chamber of a gas turbine installation, where the combustion process of organic fuel is carried out with the formation of combustion products heated to a high temperature, the resulting gases are sent to a gas turbine, a gas expansion process is carried out in the gas turbine and gas operation is performed of the turbine cycle spent on the drive of the turbocharger and electric generator, the gases exhausted in the gas turbine are sent to the recovery boiler, in the recovery boiler during the cooling of the gases water vapor is generated, water vapor is supplied to the condensation type steam turbine, consisting of a high pressure cylinder and a low cylinder pressure, and the exhaust gases are discharged through the exhaust duct to the atmosphere, the steam expansion process is carried out in the steam turbine, and the useful work of the steam turbine cycle, The steam that is pumped to the electric generator’s drive is discharged into a condenser, where water vapor is condensed during the heat exchange with the circulating water, and the condensate formed in the condenser is pumped to the recovery boiler, a feature is that they are installed in the recovery boiler an additional fuel combustion chamber and an intermediate superheater, at the same time they carry out an intermediate overheating of the condensate steam turbine exhausted in the high-pressure cylinder type of water vapor in the intermediate superheater located in the rear of the recovery boiler after the additional fuel combustion chamber and which is the last heat exchange surface of the recovery boiler in the direction of gas movement.

При осуществлении промежуточного перегрева водяного пара, отработавшего в ЦВД, снижается влажность пара на выходе из паровой турбины конденсационного типа, что повышает ее надежность за счет уменьшения эрозионного износа лопаток последних ступеней ЦНД. При этом повышается экономичность работы паровой турбины конденсационного типа, так как производится дополнительный подвод теплоты к водяному пару перед подачей его в ЦНД.During the intermediate overheating of water vapor spent in the HPP, the humidity of the steam at the outlet of the condensing type steam turbine is reduced, which increases its reliability by reducing the erosive wear of the blades of the last stages of the low pressure cylinder. At the same time, the operation efficiency of a condensing type steam turbine is increased, since an additional supply of heat to water vapor is performed before it is fed to the low-pressure cylinder.

На чертеже представлена схема парогазовой установки электростанции, реализующая предлагаемый способ, где показаны: газовая турбина 1, турбокомпрессор 2, камера сгорания 3, электрогенератор 4, котел-утилизатор, включающий основную теплообменную поверхность 5, камеру дополнительного сжигания топлива 6 и промежуточный пароперегреватель 7, паровая турбина конденсационного типа 8, состоящая из цилиндра высокого давления и цилиндра низкого давления, конденсатор 9, электрический генератор 10 и насос 11.The drawing shows a diagram of a combined cycle plant of a power plant that implements the proposed method, which shows: a gas turbine 1, a turbocharger 2, a combustion chamber 3, an electric generator 4, a recovery boiler including a main heat exchange surface 5, an additional fuel combustion chamber 6 and an intermediate superheater 7, steam condensing type turbine 8, consisting of a high pressure cylinder and a low pressure cylinder, a condenser 9, an electric generator 10 and a pump 11.

Способ реализуется следующим образом.The method is implemented as follows.

В турбокомпрессор 2 газотурбинной установки подают атмосферный воздух, где осуществляется процесс сжатия воздуха до необходимого давления, после чего сжатый воздух направляют в камеру сгорания 3, куда также подают органическое топливо. Образовавшиеся в камере сгорания 3 продукты сгорания смешивают с вторичным воздухом. Смесь продуктов сгорания с вторичным воздухом (газы) подают в газовую турбину 1, в которой газы совершают полезную работу газотурбинного цикла, затрачиваемую на привод турбокомпрессора 2 и электрического генератора 4 газотурбинной установки.In the turbocharger 2 of the gas turbine installation, atmospheric air is supplied, where the process of compressing air to the required pressure is carried out, after which the compressed air is sent to the combustion chamber 3, which also serves organic fuel. The combustion products formed in the combustion chamber 3 are mixed with secondary air. The mixture of products of combustion with secondary air (gases) is fed into a gas turbine 1, in which the gases perform the useful work of the gas turbine cycle spent on the drive of the turbocharger 2 and the electric generator 4 of the gas turbine installation.

Отработавшие в газовой турбине 1 газы подают в основную теплообменную поверхность 5 котла-утилизатора, где в процессе теплообмена генерируется пар высоких параметров, который направляют в паровую турбину конденсационного типа 8. После основной теплообменной поверхности 5 котла-утилизатора охлажденные газы направляют в камеру дополнительного сжигания топлива 6, где в среде газов осуществляют сжигание дополнительного топлива. При этом температура газов возрастает, а коэффициент избытка воздуха снижается. Подогретые газы подают в промежуточный пароперегреватель 7, являющийся последней теплообменной поверхностью котла-утилизатора по ходу движения газов. В промежуточном пароперегревателе газы повторно охлаждают в процессе передачи теплоты от потока газов к водяному пару, после чего газы отводят в атмосферу через дымовую трубу (не показана).The exhaust gases in the gas turbine 1 are supplied to the main heat exchange surface 5 of the recovery boiler, where high-temperature steam is generated during heat exchange, which is sent to the condensing type 8 steam turbine. After the main heat exchange surface 5 of the recovery boiler, the cooled gases are sent to the additional fuel combustion chamber 6, where in the medium of gases, additional fuel is burned. In this case, the temperature of the gases increases, and the coefficient of excess air decreases. Heated gases are supplied to the intermediate superheater 7, which is the last heat-exchange surface of the recovery boiler along the gas movement. In an intermediate superheater, the gases are re-cooled during the transfer of heat from the gas stream to water vapor, after which the gases are vented to the atmosphere through a chimney (not shown).

В основной теплообменной поверхности 5 котла-утилизатора генерируют водяной пар высокого давления, который направляют в цилиндр высокого давления паровой турбины конденсационного типа 8. В ЦВД паровой турбины конденсационного типа 8 осуществляют процесс расширения водяного пара, после чего отработавший водяной пар с пониженными значениями температуры и давления подают в расположенный в хвостовой части котла-утилизатора 5 промежуточный пароперегреватель 7, являющийся последней теплообменной поверхностью котла-утилизатора по ходу движения газов. В промежуточном пароперегревателе 7 водяной пар вторично перегревают до заданной температуры. Затем вторично перегретый водяной пар направляют в ЦНД паровой турбины конденсационного типа 8, где осуществляется процесс расширения водяного пара и совершается полезная работа паротурбинного цикла, затрачиваемая на привод электрического генератора 10. Отработавший в паровой турбине конденсационного типа 8 водяной пар подают в конденсатор 9, в котором осуществляют процесс конденсации водяного пара за счет подачи в конденсатор 9 циркуляционной воды, после чего образовавшийся в конденсаторе 9 конденсат насосом 11 направляют в основную теплообменную поверхность 5 котла-утилизатора.In the main heat exchange surface 5 of the recovery boiler, high-pressure water vapor is generated, which is sent to the high-pressure cylinder of a condensing type 8 steam turbine. In the CVP of a condensing type 8 steam turbine, the process of expansion of water vapor is carried out, after which the spent water vapor with reduced temperature and pressure serves in the intermediate superheater 7, which is the last heat-exchange surface of the recovery boiler in the direction of the boiler, located in the rear part of the recovery boiler 5 eniya gases. In the intermediate superheater 7, the steam is overheated again to a predetermined temperature. Then, the superheated water vapor is sent to the low-pressure cylinder of the condensing type 8 steam turbine, where the steam expansion process is carried out and the steam-turbine cycle performs useful work, which is expended on driving the electric generator 10. The steam used in the condensing type 8 steam turbine is supplied to the condenser 9, in which carry out the process of condensation of water vapor by supplying circulating water to the condenser 9, after which the condensate formed in the condenser 9 by the pump 11 is sent to the main loobmennuyu surface 5 of the recovery boiler.

Таким образом, осуществление промежуточного перегрева водяного пара, отработавшего в части низкого давления паровой турбины, теплотой газов, нагретых в камере дополнительного сжигания топлива, позволяет повысить надежность и экономичность работы парогазовой установки электростанции путем повышения степени сухости и располагаемого теплоперепада водяного пара.Thus, the implementation of the intermediate overheating of water vapor, spent in the low pressure part of the steam turbine, by the heat of gases heated in the additional fuel combustion chamber, can improve the reliability and efficiency of the combined cycle plant of the power plant by increasing the degree of dryness and available heat transfer of water vapor.

Claims

The method of operation of a combined cycle plant of a power plant, in which organic fuel and atmospheric air compressed in a turbocharger are supplied to the combustion chamber of a gas turbine installation, where the combustion of organic fuel is carried out with the formation of combustion products heated to a high temperature, the gases formed are sent to a gas turbine, and a process is carried out in a gas turbine expansion of gases and the work of the gas turbine cycle, spent on the drive of the turbocompressor and electric generator, spent in gases are sent to the recovery turbine in the gas turbine, water vapor is generated in the recovery boiler during gas cooling, steam is supplied to the condensation type steam turbine, which consists of a high pressure cylinder and a low pressure cylinder, and the exhaust gases are exhausted through the exhaust duct, in the steam turbine, the process of expansion of water vapor is carried out and the useful work of the steam turbine cycle is performed, spent on the drive of an electric generator, exhausting the steam in the steam turbine removing tons to the condenser, where during the heat exchange with the circulating water, water vapor is condensed, the condensate formed in the condenser is pumped to the recovery boiler, characterized in that an additional fuel combustion chamber and an intermediate superheater are installed in the recovery boiler, while the overheating of the spent in a high-pressure cylinder of a steam turbine of condensing type water vapor in an intermediate superheater located in the rear of the recovery boiler ora additional chamber after combustion and is the last heat exchange surface HRSG gas movement downstream.