RU2825693C1

RU2825693C1 - Thermal power plant

Info

Publication number: RU2825693C1
Application number: RU2024106535A
Authority: RU
Inventors: Анатолий Александрович Кудинов; Светлана Камиловна Зиганшина; Евгений Анатольевич Кудинов
Filing date: 2024-03-13
Publication date: 2024-08-28

Abstract

FIELD: power engineering.

SUBSTANCE: invention relates to power engineering and can be used at thermal power plants operating on natural gas. Proposed is a thermal power plant comprising a steam boiler, a main steam line, a steam turbine with a condenser, electric generator, condensate pump, feed tank, feed pump, gas duct for discharge of exhaust combustion products of steam boiler by means of smoke exhauster and chimney into atmosphere, natural gas is used as organic fuel, wherein thermal power plant is additionally equipped with recuperative heat exchanger, in which cooled is the desalted water obtained during the steam boiler combustion products cooling below the dew point in the condensation heat exchanger installed in the gas duct after the steam boiler on the smoke exhauster suction side, at that, the heated recuperative heat exchanger path at the inlet is connected to the initial water supply line to the condensation heat exchanger, and the recuperative heat exchanger heating path at the inlet is connected by means of a pressure pipeline and a pump to the demineralised water collection tank, and at the outlet it is connected by means of a drain pipeline to an annular water-distributing header equipped with at least four nozzles symmetrically located on the exhaust branch pipe of the steam turbine and connected to the annular water-distributing header, for injection of cooled demineralised water into a stream of steam turbine spent steam.

EFFECT: higher efficiency of thermal power plant.

1 cl, 2 dwg

Description

Область техники, к которой относится изобретениеField of technology to which the invention relates

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано на тепловых электрических станциях, работающих на природном газе.The invention relates to power engineering and can be used in thermal power plants operating on natural gas.

Уровень техникиState of the art

Известен аналог – тепловая электрическая станция (см. Рыжкин В.Я. Тепловые электрические станции. М.: Энергоатомиздат, 1987, с. 14, рис. 1.8), содержащая паровой котел, главный паропровод, паровую турбину с конденсатором, электрический генератор, конденсатный насос, питательный бак, питательный насос, газоход отвода уходящих продуктов сгорания парового котла посредством дымососа и дымовой трубы в атмосферу, в качестве органического топлива используется природный газ. Данный аналог принят за прототип.An analogue is known – a thermal power station (see Ryzhkin V.Ya. Thermal power stations. Moscow: Energoatomizdat, 1987, p. 14, Fig. 1.8), containing a steam boiler, a main steam pipeline, a steam turbine with a condenser, an electric generator, a condensate pump, a feed tank, a feed pump, a flue gas duct for removing exhaust gases from the boiler combustion by means of a smoke exhauster and a chimney into the atmosphere, natural gas is used as organic fuel. This analogue is taken as a prototype.

К причине, препятствующей достижению указанного ниже технического результата при использовании известной тепловой электрической станции, принятой за прототип, относится то, что известная тепловая электрическая станция обладает пониженной экономичностью, так как теплота конденсации отработавшего в паровой турбине водяного пара расходуется на нагрев циркуляционной воды в конденсаторе паровой турбины и отводится в окружающуюся среду, то есть в цикле тепловой электрической станции или у внешнего теплового потребителя полезно не используется. Кроме того, уходящие продукты сгорания парового котла отводятся в атмосферу при температуре, превышающей точку росы находящихся в них водяных паров. В атмосферном воздухе уходящие продукты сгорания охлаждаются, при этом содержащиеся в продуктах сгорания водяные пары конденсируются, теплота конденсации водяных паров, содержащихся в уходящих продуктах сгорания, отводится в окружающуюся среду. Таким образом, при работе тепловой электрической станции имеются значительные потери теплоты при конденсации отработавшего в паровой турбине водяного пара и физической теплоты уходящих продуктов сгорания и теплоты конденсации содержащихся в них водяных паров, что снижает экономичность ее работы.The reason preventing the achievement of the technical result specified below when using the known thermal power plant adopted as a prototype is that the known thermal power plant has reduced efficiency, since the heat of condensation of the water vapor exhausted in the steam turbine is spent on heating the circulating water in the condenser of the steam turbine and is discharged into the environment, i.e. it is not usefully used in the cycle of the thermal power plant or at the external heat consumer. In addition, the outgoing combustion products of the steam boiler are discharged into the atmosphere at a temperature exceeding the dew point of the water vapor contained in them. In the atmospheric air, the outgoing combustion products are cooled, while the water vapor contained in the combustion products condenses, the heat of condensation of the water vapor contained in the outgoing combustion products is discharged into the environment. Thus, during the operation of a thermal power plant, there are significant heat losses during the condensation of water vapor exhausted in the steam turbine and the physical heat of the outgoing combustion products and the heat of condensation of the water vapor contained in them, which reduces the efficiency of its operation.

Раскрытие сущности изобретенияDisclosure of the essence of the invention

Сущность изобретения заключается в следующем.The essence of the invention is as follows.

Для повышения экономичности тепловой электрической станции предлагается дополнительно установить рекуперативный теплообменник, в котором осуществлять охлаждение обессоленной воды, получаемой при охлаждении уходящих продуктов сгорания парового котла ниже точки росы в конденсационном теплообменнике, установленном в газоходе после парового котла на всасывающей стороне дымососа. При этом нагреваемый тракт рекуперативного теплообменника на входе необходимо соединить трубопроводом с водопроводом подачи исходной воды в конденсационный теплообменник. Греющий тракт рекуперативного теплообменника на входе нужно подключить посредством напорного трубопровода и насоса к баку-резервуару сбора обессоленной воды, а на выходе присоединить посредством сливного трубопровода к кольцевому водораспределительному коллектору, снабженному не менее чем четырьмя форсунками, симметрично расположенными на выхлопном патрубке паровой турбины и присоединенными к кольцевому водораспределительному коллектору, для впрыска охлажденной обессоленной воды в поток отработавшего в паровой турбине водяного пара. В рекуперативном теплообменнике обессоленная вода будет охлаждаться до температуры 20-25°С, и подаваться в водораспределительный коллектор, и посредством форсунок впрыскиваться в поток отработавшего в паровой турбине водяного пара, движущегося в выхлопном патрубке. Подача обессоленной воды при температуре 20-25°С в поток отработавшего в паровой турбине водяного пара, имеющего более высокую температуру 28,96-36,16°С (при давлении 0,004-0,006 МПа), будет обеспечивать конденсацию части отработавшего в паровой турбине водяного пара в выхлопном патрубке на всех режимах работы паротурбинной установки, что уменьшит потери теплоты в конденсаторе паровой турбины и расход циркуляционной воды через конденсатор. Теплота конденсации водяного пара в выхлопном патрубке паровой турбины будет затрачиваться на подогрев обессоленной воды и возвращаться в цикл тепловой электрической станции. При этом обессоленная вода, подаваемая в выхлопной патрубок паровой турбины, будет использоваться одновременно в качестве добавочной воды цикла тепловой электрической станции, что дополнительно повышает ее экономичность.To increase the efficiency of the thermal power plant, it is proposed to additionally install a recuperative heat exchanger, in which to cool the demineralized water obtained by cooling the outgoing combustion products of the steam boiler below the dew point in the condensing heat exchanger installed in the flue gas duct after the steam boiler on the suction side of the smoke exhauster. In this case, the heated tract of the recuperative heat exchanger at the inlet must be connected by a pipeline to the water supply line of the initial water to the condensing heat exchanger. The heating path of the recuperative heat exchanger at the input must be connected by means of a pressure pipeline and a pump to a tank-reservoir for collecting demineralized water, and at the output it must be connected by means of a drain pipeline to a ring water distribution manifold equipped with at least four nozzles symmetrically located on the exhaust pipe of the steam turbine and connected to the ring water distribution manifold for injecting cooled demineralized water into the flow of water vapor exhausted in the steam turbine. In the recuperative heat exchanger, the demineralized water will be cooled to a temperature of 20-25°C and fed to the water distribution manifold, and by means of nozzles injected into the flow of water vapor exhausted in the steam turbine moving in the exhaust pipe. The supply of demineralized water at a temperature of 20-25°C to the flow of steam exhausted in the steam turbine, which has a higher temperature of 28.96-36.16°C (at a pressure of 0.004-0.006 MPa), will ensure condensation of a part of the steam exhausted in the steam turbine in the exhaust pipe in all operating modes of the steam turbine plant, which will reduce heat losses in the steam turbine condenser and the flow rate of circulating water through the condenser. The heat of condensation of water vapor in the exhaust pipe of the steam turbine will be spent on heating the demineralized water and returned to the cycle of the thermal power plant. In this case, the demineralized water supplied to the exhaust pipe of the steam turbine will be used simultaneously as make-up water in the cycle of the thermal power plant, which additionally increases its efficiency.

Технический результат - повышение экономичности тепловой электрической станции.The technical result is an increase in the efficiency of a thermal power plant.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что известная тепловая электрическая станция, содержащая паровой котел, главный паропровод, паровую турбину с конденсатором, электрический генератор, конденсатный насос, питательный бак, питательный насос, газоход отвода уходящих продуктов сгорания парового котла посредством дымососа и дымовой трубы в атмосферу, в качестве органического топлива используется природный газ, особенность тепловой электрической станции заключается в том, что тепловая электрическая станция дополнительно снабжена рекуперативным теплообменником, в котором осуществляется охлаждение обессоленной воды, получаемой при охлаждении уходящих продуктов сгорания парового котла ниже точки росы в конденсационном теплообменнике, установленном в газоходе после парового котла на всасывающей стороне дымососа, при этом нагреваемый тракт рекуперативного теплообменника на входе соединен трубопроводом с водопроводом подачи исходной воды в конденсационный теплообменник, а греющий тракт рекуперативного теплообменника на входе подключен посредством напорного трубопровода и насоса к баку-резервуару сбора обессоленной воды, а на выходе присоединен посредством сливного трубопровода к кольцевому водораспределительному коллектору, снабженному не менее чем четырьмя форсунками, симметрично расположенными на выхлопном патрубке паровой турбины и присоединенными к кольцевому водораспределительному коллектору, для впрыска охлажденной обессоленной воды в поток отработавшего в паровой турбине водяного пара.The specified technical result in the implementation of the invention is achieved in that the known thermal power plant, comprising a steam boiler, a main steam pipeline, a steam turbine with a condenser, an electric generator, a condensate pump, a feed tank, a feed pump, a flue gas duct for removing the exhaust products of combustion of the steam boiler by means of a smoke exhauster and a smoke stack into the atmosphere, natural gas is used as organic fuel, the feature of the thermal power plant is that the thermal power plant is additionally equipped with a recuperative heat exchanger, in which the cooling of demineralized water obtained by cooling the exhaust products of combustion of the steam boiler below the dew point in the condensation heat exchanger installed in the flue gas duct after the steam boiler on the suction side of the smoke exhauster is carried out, wherein the heated path of the recuperative heat exchanger at the inlet is connected by a pipeline to the water supply line of the initial water to the condensation heat exchanger, and the heating path of the recuperative heat exchanger at the inlet is connected by means of a pressure pipeline and a pump to the collection tank-reservoir demineralized water, and at the outlet is connected by means of a drain pipe to a ring water distribution manifold equipped with at least four nozzles, symmetrically located on the exhaust pipe of the steam turbine and connected to the ring water distribution manifold, for injecting cooled demineralized water into the flow of water vapor exhausted in the steam turbine.

Краткое описание чертежейBrief description of the drawings

На Фиг. 1 изображена схема тепловой электрической станции; на Фиг. 2 – схема кольцевого водораспределительного коллектора с четырьмя форсунками, подключенными к выхлопному патрубку паровой турбины.Fig. 1 shows a diagram of a thermal power plant; Fig. 2 shows a diagram of a ring water distribution manifold with four nozzles connected to the exhaust pipe of a steam turbine.

Тепловая электрическая станция содержит паровой котел 1, главный паропровод 2, паровую турбину 3 с выхлопным патрубком 4 и конденсатором 5, электрический генератор 6, конденсатный насос 7, питательный бак 8, питательный насос 9, газоход 10 отвода уходящих продуктов сгорания парового котла 1 посредством дымососа 11 и дымовой трубы 12 в атмосферу, конденсационный теплообменник 13, снабженный конденсатосборником 14 с гидрозатвором 15, бак-резервуар 16 сбора обессоленной воды, выделяющейся из продуктов сгорания при их охлаждении ниже точки росы в конденсационном теплообменнике 13, напорный трубопровод 17, соединяющий нагнетательный патрубок насоса 18 на входе с греющим трактом рекуперативного теплообменника 19, сливной трубопровод 20, соединяющий греющий тракт рекуперативного теплообменника 19, на выходе с кольцевым водораспределительным коллектором 21, снабженным не менее чем четырьмя форсунками 22, симметрично расположенными на выхлопном патрубке 4 паровой турбины 3 и присоединенных к кольцевому водораспределительному коллектору 21, водопровод 23 подачи исходной воды в конденсационный теплообменник 13 и трубопровод 24 подачи исходной воды в нагреваемый тракт рекуперативного теплообменника 19.The thermal power plant comprises a steam boiler 1, a main steam pipeline 2, a steam turbine 3 with an exhaust pipe 4 and a condenser 5, an electric generator 6, a condensate pump 7, a feed tank 8, a feed pump 9, a flue 10 for removing the exhaust products of combustion of the steam boiler 1 by means of a smoke exhauster 11 and a chimney 12 into the atmosphere, a condensation heat exchanger 13 equipped with a condensate collector 14 with a water seal 15, a storage tank 16 for collecting demineralized water released from the combustion products when they are cooled below the dew point in the condensation heat exchanger 13, a pressure pipeline 17 connecting the discharge pipe of the pump 18 at the inlet with the heating path of the recuperative heat exchanger 19, a drain pipeline 20 connecting the heating path of the recuperative heat exchanger 19 at the outlet with an annular water distribution manifold 21, equipped with at least four nozzles 22, symmetrically located on the exhaust pipe 4 of the steam turbine 3 and connected to the annular water distribution manifold 21, a water supply line 23 for supplying raw water to the condensation heat exchanger 13 and a pipeline 24 for supplying raw water to the heated tract of the recuperative heat exchanger 19.

Осуществление изобретенияImplementation of the invention

Работа тепловой электрической станции осуществляется следующим образом. The operation of a thermal power plant is carried out as follows.

Органическое топливо, атмосферный воздух и питательную воду подают в топку парового котла 1, где осуществляется процесс горения органического топлива с образованием нагретых до высокой температуры продуктов сгорания и генерируется водяной пар, в качестве органического топлива используется природный газ. Водяной пар по главному паропроводу 2 направляют в паровую турбину 3.Organic fuel, atmospheric air and feed water are fed into the furnace of the steam boiler 1, where the combustion process of the organic fuel takes place with the formation of combustion products heated to a high temperature and water vapor is generated, natural gas is used as the organic fuel. Water vapor is sent through the main steam pipeline 2 to the steam turbine 3.

В паровой турбине 3 в процессе расширения водяного пара совершается полезная работа паросилового цикла, затрачиваемая на привод электрического генератора 6. Отработавший в паровой турбине 3 водяной пар направляют посредством выхлопного патрубка 4 в конденсатор 5, где водяной пар конденсируется за счет теплообмена с циркуляционной водой. Конденсат отработавшего в паровой турбине 3 водяного пара из конденсатора 5 конденсатным насосом 7 направляется в питательный бак 8, из которого питательным насосом 9 подается в паровой котел 1.In the steam turbine 3, during the expansion of water vapor, useful work of the steam power cycle is performed, which is spent on driving the electric generator 6. The water vapor exhausted in the steam turbine 3 is directed through the exhaust pipe 4 to the condenser 5, where the water vapor condenses due to heat exchange with the circulating water. The condensate of the water vapor exhausted in the steam turbine 3 is directed from the condenser 5 by the condensate pump 7 to the feed tank 8, from which it is fed by the feed pump 9 to the steam boiler 1.

Уходящие продукты сгорания парового котла 1 по газоходу 10 направляются в конденсационный теплообменник 13, в нагреваемый тракт которого подается исходная вода при температуре 5-15°С по водопроводу 23. В конденсационном теплообменнике 13 в процессе теплообмена исходная вода подогревается, а уходящие продукты сгорания охлаждаются до температуры 35-40°С, то есть ниже точки росы, равной 55-56°С при работе парового котла 1 на природном газе. При этом водяной пар, содержащийся в уходящих продуктах сгорания в перегретом состоянии, конденсируется, образуется конденсат (обессоленная вода). Таким образом полезно используется физическая теплота уходящих продуктов сгорания и теплота конденсации содержащихся в них водяных паров.The outgoing combustion products of the steam boiler 1 are directed through the flue 10 to the condensing heat exchanger 13, into the heated tract of which the initial water at a temperature of 5-15°C is supplied through the water supply 23. In the condensing heat exchanger 13, during the heat exchange process, the initial water is heated, and the outgoing combustion products are cooled to a temperature of 35-40°C, i.e. below the dew point equal to 55-56°C when the steam boiler 1 is operating on natural gas. In this case, the water vapor contained in the outgoing combustion products in a superheated state is condensed, and condensate (desalinated water) is formed. In this way, the physical heat of the outgoing combustion products and the heat of condensation of the water vapor contained in them are used usefully.

Обессоленную воду, выделяющуюся из уходящих продуктов сгорания в процессе их охлаждения ниже точки росы в конденсационном теплообменнике 13, при температуре 35-40°С отводят в конденсатосборник 14 и через гидрозатвор 15 направляют в бак-резервуар 16, который выполняется из нержавеющей стали для сохранения чистоты обессоленной воды. Из бака-резервуара 16 обессоленную воду насосом 18 по сливному трубопроводу 17 из нержавеющей стали подают в греющий тракт рекуперативного теплообменника 19, в нагреваемый тракт которого подается исходная вода при температуре 5-15°С по трубопроводу 24.The demineralized water released from the outgoing combustion products during their cooling below the dew point in the condensation heat exchanger 13, at a temperature of 35-40°C, is discharged into the condensate collector 14 and sent through the water seal 15 to the tank-reservoir 16, which is made of stainless steel to maintain the purity of the demineralized water. From the tank-reservoir 16, the demineralized water is fed by the pump 18 through the drain pipeline 17 made of stainless steel to the heating path of the recuperative heat exchanger 19, into the heated path of which the source water is fed at a temperature of 5-15°C through the pipeline 24.

В рекуперативном теплообменнике 19 в процессе теплообмена обессоленная вода охлаждается до температуры 20-25°С, а исходная вода подогревается и отводится на химводоочистку (на Фиг. 1 не показана). Охлажденная в рекуперативном теплообменнике 19 до температуры 20-25°С обессоленная вода подается по сливному трубопроводу 20 в водораспределительный коллектор 21 и посредством форсунок 22 впрыскивается в поток отработавшего в паровой турбине 3 водяного пара, движущегося в выхлопном патрубке 4. Подача обессоленной воды при более низкой температуре 20-25°С в поток отработавшего в паровой турбине 3 водяного пара, имеющего более высокую температуру 28,96-36,16°С (при давлении 0,004-0,006 МПа), обеспечивает конденсацию части отработавшего в паровой турбине 3 водяного пара в выхлопном патрубке 4 на всех режимах работы паротурбинной установки, что уменьшает потери теплоты в холодном источнике – конденсаторе 5 паровой турбины 3. При этом расход циркуляционной воды через конденсатор 5 паровой турбины 3 снижается, так как часть отработавшего в паровой турбине 3 водяного пара будет конденсироваться в выхлопном патрубке 4. Теплота конденсации водяного пара в выхлопном патрубке 4 будет затрачиваться на подогрев обессоленной воды и возвращаться в цикл тепловой электрической станции. Кроме того, обессоленная вода будет использоваться одновременно в качестве добавочной воды цикла тепловой электрической станции, что дополнительно повышает ее экономичность за счет снижения затрат на подготовку добавочной воды.In the recuperative heat exchanger 19, during the heat exchange process, the desalinated water is cooled to a temperature of 20-25°C, and the source water is heated and sent for chemical water treatment (not shown in Fig. 1). The desalinated water cooled in the recuperative heat exchanger 19 to a temperature of 20-25°C is fed through the drain pipe 20 to the water distribution manifold 21 and is injected by means of nozzles 22 into the flow of water vapor exhausted in the steam turbine 3 moving in the exhaust pipe 4. The supply of desalinated water at a lower temperature of 20-25°C to the flow of water vapor exhausted in the steam turbine 3, which has a higher temperature of 28.96-36.16°C (at a pressure of 0.004-0.006 MPa), ensures condensation of part of the water vapor exhausted in the steam turbine 3 in the exhaust pipe 4 in all operating modes of the steam turbine plant, which reduces heat losses in the cold source - condenser 5 of the steam turbine 3. In this case, the flow rate of circulating water through condenser 5 of the steam turbine 3 is reduced, since part of the water vapor exhausted in the steam turbine 3 will condense in the exhaust pipe 4. The heat of condensation of the water vapor in the exhaust pipe 4 will be spent on heating the demineralized water and returned to the cycle of the thermal power plant. In addition, the demineralized water will be used simultaneously as make-up water for the cycle of the thermal power plant, which further increases its efficiency by reducing the costs of preparing make-up water.

Таким образом, снабжение тепловой электрической станции рекуперативным теплообменником, в котором осуществляется охлаждение обессоленной воды, получаемой при охлаждении уходящих продуктов сгорания парового котла ниже точки росы в конденсационном теплообменнике, и впрыск охлажденной обессоленной воды в поток отработавшего в паровой турбине водяного пара посредством форсунок, симметрично расположенных на выхлопном патрубке паровой турбины и присоединенных к кольцевому водораспределительному коллектору, обусловливает конденсацию в выхлопном патрубке паровой турбины части отработавшего в ней водяного пара, снижение потерь теплоты в конденсаторе паровой турбины и расхода добавочной воды, что повышает экономичность тепловой электрической станции.Thus, supplying a thermal power plant with a recuperative heat exchanger, in which demineralized water obtained by cooling the exhaust combustion products of a steam boiler below the dew point in a condensing heat exchanger is cooled, and the injection of cooled demineralized water into the flow of water vapor exhausted in a steam turbine by means of nozzles symmetrically located on the exhaust pipe of the steam turbine and connected to a ring water distribution manifold, causes condensation in the exhaust pipe of the steam turbine of a portion of the water vapor exhausted in it, a reduction in heat losses in the condenser of the steam turbine and the consumption of additional water, which increases the efficiency of the thermal power plant.

Claims

A thermal power plant comprising a steam boiler, a main steam pipeline, a steam turbine with a condenser, an electric generator, a condensate pump, a feed tank, a feed pump, a flue gas duct for removing the exhaust products of combustion of the steam boiler by means of a smoke exhauster and a smoke stack into the atmosphere, natural gas is used as organic fuel, characterized in that the thermal power plant is additionally equipped with a recuperative heat exchanger in which the cooling of demineralized water obtained by cooling the exhaust products of combustion of the steam boiler below the dew point in a condensation heat exchanger installed in the flue gas duct after the steam boiler on the suction side of the smoke exhauster is carried out, wherein the heated path of the recuperative heat exchanger at the inlet is connected by a pipeline to the water supply line for feeding the initial water to the condensation heat exchanger, and the heating path of the recuperative heat exchanger at the inlet is connected by means of a pressure pipeline and a pump to a demineralized water collection tank, and at the outlet is connected by means of a drain pipeline to an annular water distribution manifold equipped with at least four nozzles symmetrically located on the exhaust pipe of the steam turbine and connected to the annular water distribution manifold for injecting cooled demineralized water into the flow of steam exhausted from the steam turbine.