RU2827760C1 - Combined cycle gas turbine with waste-heat boiler and feed water instant boiling evaporators - Google Patents
Combined cycle gas turbine with waste-heat boiler and feed water instant boiling evaporators Download PDFInfo
- Publication number
- RU2827760C1 RU2827760C1 RU2024113395A RU2024113395A RU2827760C1 RU 2827760 C1 RU2827760 C1 RU 2827760C1 RU 2024113395 A RU2024113395 A RU 2024113395A RU 2024113395 A RU2024113395 A RU 2024113395A RU 2827760 C1 RU2827760 C1 RU 2827760C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- steam
- low
- heat boiler
- heater
- pressure
- Prior art date
Links
- 239000007789 gas Substances 0.000 title claims abstract description 29
- 239000002918 waste heat Substances 0.000 title claims abstract description 17
- 238000009835 boiling Methods 0.000 title claims abstract description 10
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 title abstract description 18
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 abstract 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 6
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 2
- 230000005587 bubbling Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 1
- JEGUKCSWCFPDGT-UHFFFAOYSA-N h2o hydrate Chemical compound O.O JEGUKCSWCFPDGT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Abstract
Description
Изобретение относится к теплоэнергетике и энергомашиностроению и может быть использовано при разработке энергетических ПГУ для производства электрической энергии на тепловых электрических станциях.The invention relates to thermal power engineering and power engineering and can be used in the development of power combined cycle gas turbines for the production of electrical energy at thermal power plants.
Известна парогазовая установка (ПГУ) [патент RU №2121118, МПК F24J 3/08, опубл. 27.10.1998 г.], включающая газотурбинную установку (ГТУ) и паровую турбину, котел-утилизатор с газовым подогревателем конденсата, экономайзером, перегревателем пара низкого давления, испарителем неконтактного типа и испаритель мгновенного вскипания низкого давления.A combined cycle gas turbine unit (CCGT) is known [RU patent No. 2121118, IPC F24J 3/08, published on 27.10.1998], which includes a gas turbine unit (GTU) and a steam turbine, a waste heat boiler with a gas condensate heater, an economizer, a low-pressure steam superheater, a non-contact evaporator, and a low-pressure flash evaporator.
Данная ПГУ из-за наличия испарителя неконтактного типа имеет недостаточно высокую надежность, сложность эксплуатации, высокую стоимость, а из-за слабого перегрева пара - невысокий КПД.Due to the presence of a non-contact evaporator, this combined cycle gas turbine unit has insufficiently high reliability, is difficult to operate, is expensive, and due to weak superheating of the steam, has low efficiency.
Более близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является ПГУ с котлом-утилизатором и испарителями мгновенного вскипания высокого и низкого давлений [патент RU №2674822, МПК F02C 6/00, опубл. 13.12.2018 г.], содержащая ступени расширения в ГТУ, ступени расширения высокого и низкого давлений в паровой турбине, перегреватели пара высокого и низкого давлений, экономайзер и газовый подогреватель конденсата в котле-утилизаторе.A closer technical solution, selected as a prototype, is a combined cycle gas turbine unit with a waste heat boiler and high and low pressure flash boiling evaporators [RU patent No. 2674822, IPC F02C 6/00, published on 13.12.2018], containing expansion stages in the gas turbine unit, high and low pressure expansion stages in the steam turbine, high and low pressure steam superheaters, an economizer and a gas condensate heater in the waste heat boiler.
В прототипе из-за отвода в водо-водяном теплообменнике части теплоты конденсата, полученного в испарителе мгновенного вскипания низкого давления, снижен КПД установки. Дополнительное уменьшение КПД и снижение надежности работы последних ступеней расширения паровой турбины происходит из-за повышения влажности пара в этих ступенях.In the prototype, due to the removal of part of the condensate heat obtained in the low-pressure flash boiling evaporator in the water-to-water heat exchanger, the efficiency of the plant is reduced. An additional decrease in efficiency and a decrease in the reliability of the last stages of the steam turbine expansion occurs due to an increase in the humidity of the steam in these stages.
Техническим результатом изобретения является повышение КПД парогазовой установки за счет использования теплоты, отводимой в водо-водяном теплообменнике, для подогрева пара в подогревателе пара в промежуточной ступени расширения низкого давления паровой турбины.The technical result of the invention is an increase in the efficiency of a combined-cycle plant by using heat removed in a water-to-water heat exchanger to heat steam in a steam heater in an intermediate low-pressure expansion stage of a steam turbine.
Технический результат заявленного изобретения достигается за счет того, что в парогазовой установке с котлом-утилизатором и испарителями мгновенного вскипания высокого и низкого давлений, содержащей ступени расширения в газотурбинной установке, ступени расширения высокого и низкого давлений в паровой турбине, перегреватели пара высокого и низкого давлений, экономайзер и газовый подогреватель конденсата в котле-утилизаторе, в отличие от прототипа, между выходом конденсата в испарителе мгновенного вскипания низкого давления и газовым подогревателем конденсата в котле-утилизаторе установлен подогреватель пара в промежуточной ступени расширения низкого давления паровой турбины.The technical result of the claimed invention is achieved due to the fact that in a combined-cycle plant with a waste-heat boiler and high- and low-pressure flash boiling evaporators, containing expansion stages in a gas turbine plant, high- and low-pressure expansion stages in a steam turbine, high- and low-pressure steam superheaters, an economizer and a gas condensate heater in the waste-heat boiler, in contrast to the prototype, a steam heater is installed in an intermediate low-pressure expansion stage of the steam turbine between the condensate outlet in the low-pressure flash boiling evaporator and the gas condensate heater in the waste-heat boiler.
На фигуре приведена схема ПГУ с котлом-утилизатором и испарителями мгновенного вскипания питательной воды.The figure shows a diagram of a combined cycle gas turbine unit with a waste heat boiler and instantaneous boiling evaporators for feed water.
Предлагаемая ПГУ включает энергетическую ГТУ, основными элементами которой являются компрессор 1, камера сгорания 2 и турбина 3. Котел-утилизатор ПГУ включает перегреватель пара высокого давления 4, перегреватель пара низкого давления 5, экономайзер 6 и газовый подогреватель конденсата 7. В состав ПГУ входят испаритель мгновенного вскипания высокого давления 8, испаритель мгновенного вскипания низкого давления 9, ступени расширения высокого давления 10 и низкого давления 11 паровой турбины, деаэратор 12, подогреватель пара 13 в ступенях расширения низкого давления паровой турбины, водо-водяной теплообменник очистки 14, блок химводоочистки 15, конденсатор 16, насос питательной воды 17, конденсатный насос 18, рециркуляционный насос 19, насос блока очистки 20, насос циркуляционной воды 21.The proposed CCGT unit includes a power gas turbine unit, the main elements of which are a compressor 1, a combustion chamber 2 and a turbine 3. The waste heat boiler of the CCGT unit includes a high-pressure steam superheater 4, a low-pressure steam superheater 5, an economizer 6 and a gas condensate heater 7. The CCGT unit includes a high-pressure flash evaporator 8, a low-pressure flash evaporator 9, high-pressure 10 and low-pressure 11 expansion stages of the steam turbine, a deaerator 12, a steam heater 13 in the low-pressure expansion stages of the steam turbine, a water-to-water heat exchanger for cleaning 14, a chemical water cleaning unit 15, a condenser 16, a feedwater pump 17, a condensate pump 18, a recirculation pump 19, a cleaning unit pump 20, and a circulating water pump 21.
ПГУ работает следующим образом. Атмосферный воздух поступает в компрессор 1 энергетической ГТУ. Топливо подается в камеру сгорания 2. ГТУ вырабатывает часть полезной электроэнергии, снимаемой с шин генератора, подключенного к газовой турбине 3. Выхлопные газы ГТУ направляются в котел-утилизатор, где последовательно передают теплоту пару и воде в перегревателях пара высокого 4 и низкого 5 давлений, экономайзере 6, газовом подогревателе конденсата 7.The CCGT operates as follows. Atmospheric air enters the compressor 1 of the power GTU. Fuel is fed into the combustion chamber 2. The GTU generates part of the useful electric power taken from the generator buses connected to the gas turbine 3. The exhaust gases of the GTU are sent to the waste heat boiler, where they successively transfer heat to steam and water in the high-pressure 4 and low-pressure 5 steam superheaters, economizer 6, and gas condensate heater 7.
Генерация пара в контуре высокого давления осуществляется в испарителе мгновенного вскипания высокого давления 8, а в контуре низкого давления - в испарителе мгновенного вскипания низкого давления 9. Пар из испарителя мгновенного вскипания высокого давления 8, после перегрева в перегревателе высокого давления 4, направляется в ступени расширения высокого давления 10 паровой турбины. Из них отработавший пар поступает в испаритель мгновенного вскипания низкого давления 9, например, через барботажную тарелку, в который поступает также вода из испарителя мгновенного вскипания высокого давления 8. Пар из испарителя мгновенного вскипания низкого давления 9, после перегрева в перегревателе низкого давления 5, направляется в ступени расширения низкого давления 11 паровой турбины. Паровая турбина, состоящая из ступеней расширения высокого давления 10 и низкого давления 11, вырабатывает оставшуюся часть полезной электроэнергии. Вода из испарителя мгновенного вскипания низкого давления 9 направляется в подогреватель пара 13 в ступенях расширения низкого давления 11 паровой турбины, а из него в деаэратор 12 и газовый подогреватель конденсата 7. Часть воды из подогревателя пара 13 направляется в водо-водяной теплообменник очистки 14, из него - в блок химводоочистки 15, а затем с помощью насоса блока очистки 20 - в деаэратор 12. Отработавший пар из ступеней расширения низкого давления 11 паровой турбины поступает в конденсатор 16. Вода из деаэратора 12 и конденсатора 16 откачивается соответственно насосом питательной воды 17 и конденсатным насосом 18. Рециркуляционный насос 19 обеспечивает рециркуляцию воды в контуре газового подогревателя конденсата 7 с целью регулирования температуры конденсата на его входе. Циркуляционная вода через конденсатор 16 прокачивается насосом циркуляционной воды 21.Steam generation in the high-pressure circuit is performed in the high-pressure flash evaporator 8, and in the low-pressure circuit - in the low-pressure flash evaporator 9. Steam from the high-pressure flash evaporator 8, after superheating in the high-pressure superheater 4, is directed to the high-pressure expansion stages 10 of the steam turbine. From them, the exhaust steam enters the low-pressure flash evaporator 9, for example, through a bubbling plate, into which water from the high-pressure flash evaporator 8 also enters. Steam from the low-pressure flash evaporator 9, after superheating in the low-pressure superheater 5, is directed to the low-pressure expansion stages 11 of the steam turbine. The steam turbine, consisting of the high-pressure 10 and low-pressure 11 expansion stages, generates the remaining portion of the useful electric power. Water from the low-pressure flash evaporator 9 is directed to the steam heater 13 in the low-pressure expansion stages 11 of the steam turbine, and from it to the deaerator 12 and the gas condensate heater 7. Part of the water from the steam heater 13 is directed to the water-to-water heat exchanger for cleaning 14, from it to the chemical water cleaning unit 15, and then with the help of the pump of the cleaning unit 20 to the deaerator 12. The exhaust steam from the low-pressure expansion stages 11 of the steam turbine enters the condenser 16. Water from the deaerator 12 and the condenser 16 is pumped out, respectively, by the feedwater pump 17 and the condensate pump 18. The recirculation pump 19 ensures the recirculation of water in the circuit of the gas condensate heater 7 in order to regulate the temperature of the condensate at its inlet. Circulating water is pumped through condenser 16 by circulating water pump 21.
Повышение КПД ПГУ на 0,95% по сравнению с прототипом подтверждается результатами одного из вариантов расчетов тепловых схем прототипа и предлагаемой ПГУ при аналогичных начальных параметрах газа на входе в котел-утилизатор и одинаковых давлениях питательной воды и пара в конденсаторе, входящих в исходные данные расчетов.The increase in the efficiency of the combined cycle plant by 0.95% compared to the prototype is confirmed by the results of one of the variants of calculations of the thermal schemes of the prototype and the proposed combined cycle plant with similar initial parameters of the gas at the inlet to the waste heat boiler and the same pressures of the feedwater and steam in the condenser included in the initial calculation data.
Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет повысить КПД установки за счет использования теплоты, отводимой в водо-водяном теплообменнике, для подогрева пара в подогревателе пара в промежуточной ступени расширения низкого давления паровой турбины, что увеличивает работу паровой турбины, а также снижения влажности пара в последних ступенях расширения паровой турбины.Thus, the proposed invention makes it possible to increase the efficiency of the plant by using the heat removed in the water-water heat exchanger to heat the steam in the steam heater in the intermediate low-pressure expansion stage of the steam turbine, which increases the operation of the steam turbine, as well as reducing the humidity of the steam in the last expansion stages of the steam turbine.
Claims (1)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2827760C1 true RU2827760C1 (en) | 2024-10-01 |
Family
ID=
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2121118C1 (en) * | 1992-10-02 | 1998-10-27 | ОРМАТ, Инк. | Device for and method for generation of electric power from geothermal liquid resources |
| RU2674822C2 (en) * | 2017-02-09 | 2018-12-13 | Александр Николаевич Гришин | Method of steam gas installation operation with boiler-utilizer and instant boil evaporators of feed water |
| RU213701U1 (en) * | 2022-04-22 | 2022-09-23 | Акционерное общество "Машиностроительный завод "ЗиО-Подольск" (АО "ЗиО-Подольск") | HEAVY WATER BOILER OF BLOCK-MODULAR DESIGN |
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2121118C1 (en) * | 1992-10-02 | 1998-10-27 | ОРМАТ, Инк. | Device for and method for generation of electric power from geothermal liquid resources |
| RU2674822C2 (en) * | 2017-02-09 | 2018-12-13 | Александр Николаевич Гришин | Method of steam gas installation operation with boiler-utilizer and instant boil evaporators of feed water |
| RU213701U1 (en) * | 2022-04-22 | 2022-09-23 | Акционерное общество "Машиностроительный завод "ЗиО-Подольск" (АО "ЗиО-Подольск") | HEAVY WATER BOILER OF BLOCK-MODULAR DESIGN |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CA2679811C (en) | High efficiency feedwater heater | |
| RU2691881C1 (en) | Thermal power plant | |
| SU1521284A3 (en) | Power plant | |
| RU2525569C2 (en) | Combined-cycle topping plant for steam power plant with subcritical steam parameters | |
| RU2078229C1 (en) | Steam-and-gas plant | |
| RU2749800C1 (en) | Thermal power station | |
| RU2827760C1 (en) | Combined cycle gas turbine with waste-heat boiler and feed water instant boiling evaporators | |
| RU2335641C2 (en) | Method of enhancing efficiency and output of two-loop nuclear power station | |
| RU167924U1 (en) | Binary Combined Cycle Plant | |
| RU2409746C2 (en) | Steam-gas plant with steam turbine drive of compressor and regenerative gas turbine | |
| RU2752123C1 (en) | Thermal power station | |
| RU13669U1 (en) | COMBINED STEAM-GAS POWER INSTALLATION | |
| RU2773410C1 (en) | Combined cycle gas plant | |
| WO2011080576A2 (en) | Combined-cycle plant for the production of electric and thermal energy and method for operating said plant | |
| RU2561776C2 (en) | Combined-cycle plant | |
| RU2768325C1 (en) | Thermal power plant | |
| RU2391517C2 (en) | Steam-gas installation | |
| RU2686541C1 (en) | Steam-gas plant | |
| RU2806956C1 (en) | Method for operation of combined cycle unit of power plant | |
| RU2806955C1 (en) | Combined cycle power plant unit | |
| RU2674822C2 (en) | Method of steam gas installation operation with boiler-utilizer and instant boil evaporators of feed water | |
| RU2791066C1 (en) | Method for operation of the power gas turbine expander installation of the heat power plant | |
| RU2542621C2 (en) | Steam and gas plant | |
| RU2776091C1 (en) | Thermal power plant | |
| CN119531980B (en) | Power generation system |