Теплоутилизационный комплекс с паровой турбиной

Полезная модель относится к области энергетики, в частности, к электрогенерирующим комплексам с паровыми турбинами для установок газокомпрессорных станций, использующим тепло уходящих газов, а также другим источникам горячих газов. Теплоутилизационный комплекс с паровой турбиной состоит из источника горячих газов 1 с выхлопным патрубком (трубопроводом) 2, теплоутилизатора 3 с водяным теплообменником 4 и парогенератором 5, сепаратором высокого давления 6, сепаратором низкого давления 7, пароперегревателей 8,9, паровой турбины с электрогенератором (или механическим потребителем мощности) 10, конденсатора пара 11, насосов 12, 13, теплообменника 14, настраиваемых дросселей 15, 16, 17, 18. Наличие в теплоутилизационном комплексе с паровой турбиной пароперегревателей, теплообменника для глубокого охлаждения уходящих газов с использованием конденсата, имеющего минимальную в цикле температуру рабочей среды, обеспечивает повышение энергетической эффективности по сравнению со своими аналогами и прототипами.

Полезная модель относится к области энергетики, в частности, к электрогенерирующим комплексам с паровыми турбинами для установок газокомпрессорных станций, использующим тепло уходящих газов, а также другим источникам горячих газов.

Известны паротурбинные надстройки для газотурбинных установок на компрессорных станциях (КС) магистральных газопроводов, состоящие из теплоутилизационного парогенератора, расположенного непосредственно около ГТУ в виде котла с многократной принудительной циркуляцией, паровой турбины с конденсатором и насосом, трубопроводами пара и конденсата. (См. Мильман О.О., Белоусенко И.В., Циммерман С.Д. и др. Теплоутилизационные энергоблоки для ОАО «Газпром», Теплоэнергетика, 2001 г., 3, стр.65-69).

Проблема этих установок - стесненность площадок КС и трудности установки котлов-утилизаторов, размеры и масса которых не согласуютя с реальными компоновками газотурбинных нагнетателей природного газа.

Известна паротурбинная надстройка над газотурбинной установкой (см. патент РФ на полезную модель 50606 от 22.08.2005 г.., Смирнов В.М., Мильман О.О., Федоров В.А.), где компактность обеспечивается за счет использования в качестве теплоутилизатора на выхлопном тракте ГТУ теплообменника, в котором газ передает свое тепло воде высокого давления. Горячая вода поступает в расширитель-сепаратор, выделяющийся пар направляется в паровую турбину, а отсепарированная вода питательным насосом подается в теплообменник.

Недостаток этой установки в недостаточной эффективности паротурбинного цикла из-за низкой температуры на выходе из сепаратора.

Цель настоящей полезной модели - повышение эффективности паротурбинного цикла за счет роста температуры пара на входе в турбину и максимальное использование тепла уходящих газов.

Указанная цель достигается за счет использования пароперегревателей, установленных на трубопроводах пара на выходе из сепараторов, причем в качестве греющей среды используется конденсирующийся пар высокого давления (или вода), а уходящие газы перед выходом в атмосферу охлаждаются конденсатом, имеющим минимальную температуру рабочего тела.

Схема такой установки приведена на рисунке 1. Установка состоит из источника горячих газов 1 с выхлопным патрубком (трубопроводом) 2, теплоутилизатора 3 с водяным теплообменником 4 и парогенератором 5, сепаратором высокого давления 6, сепаратором низкого давления 7, пароперегревателей 8, 9, паровой турбины с электрогенератором (или механическим потребителем мощности) 10, конденсатора пара 11, насосов 12, 13, теплообменника 14, настраиваемых дросселей 15, 16, 17, 18.

Установка работает следующим образом. Горячие газы из их источника 1 по выхлопному патрубку (трубопроводу) 2 поступают в теплоутилизатор 3 и передают свое тепло рабочей среде в теплообменниках 4, 5, 14. Горячая вода по трубопроводу через дроссель 17 поступает в сепаратор высокого давления 6 и вскипает. Пар по трубопроводу из сепаратора высокого давления 6, пройдя через пароперегреватель 8, поступает в паровую турбину 10 и далее в конденсатор пара 11. Вода из сепаратора высокого давления 6 через дроссель 16 поступает в сепаратор низкого давления 7 и вскипает. Пар из сепаратора низкого давления 7, пройдя по трубопроводу через пароперегреватель 9, поступает в промежуточный ввод паровой турбины 10. Наличие второго сепаратора 7 и пароперегревателя 9 позволяет увеличить расход пара и его температуру, а также мощность паровой турбины 10. (Наличие сепаратора низкого давления 7 и пароперегревателя 9 не является обязательным, если не требуется высокая энергетическая эффективность). Конденсат из конденсатора пара 11, пройдя с использованием насоса 12 через теплообменник 14, поступает в парогенератор 5, а полученный в последнем пар используется для перегрева пара, поступающего в паровую турбину с 10 из сепараторов высокого 6 и низкого 7 давления. Далее этот пар поступает в сепаратор высокого давления 6 через дроссель 18. (Необходимость специально выделенного тракта, включающего насос 12, теплообменник 14, парогенератор 5, пароперегреватели 8, 9, обусловлена двумя задачами:

1 - обеспечить перегрев пара на входе в паровую турбину и повысить ее эффективность;

2 - снизить температуру уходящих газов и, соответственно, увеличить энергетическую эффективность цикла.)

Следует отметить, что в этом тракте давление, создаваемое насосом 13, существенно выше давления, создаваемого насосом 12. Это необходимо, чтобы температура пара (или воды) на линии насыщения превосходила температуру пара на выходе из сепаратора высокого давления 6. Например, температура насыщения пара из парогенератора должна составлять 300÷350°С, а температура насыщения пара из сепаратора высокого давления 6 - 150÷180°С.

Наличие в теплоутилизационном комплексе с паровой турбиной пароперегревателей, теплообменника для глубокого охлаждения уходящих газов с использованием конденсата, имеющего минимальную в цикле температуру рабочей среды, обеспечивает повышение энергетической эффективности по сравнению со своими аналогами и прототипами.

Теплоутилизационный комплекс с паровой турбиной, состоящий из источника горячих газов с выхлопным патрубком (трубопроводом) с теплообменником и парогенератором, сепараторами высокого и низкого давления, паровой турбины с электрогенератором, конденсатором пара, насосами, дросселями, отличающийся тем, что пар в паровую турбину от сепараторов высокого и низкого давления поступает через пароперегреватели, а греющая среда в виде пара (воды) высокого давления в пароперегреватель поступает по трубопроводу из парогенератора теплоутилизатора, а затем поступает в сепаратор, причем окончательное охлаждение уходящих газов в теплообменнике осуществляется конденсатом из конденсатора, который по трубопроводу поступает в парогенератор утилизатора.