Способ работы парогазовой установки

 

Использование: в теплоэнергетике, в частности, в способах работы парогазовых установок с котлами-утилизаторами. Сущность изобретения: заключается в том, что расход конденсата от паровой турбины распределяют между первым и вторым котлами-утилизаторами, причем расход конденсатора через котел-утилизатор с большей температурой конденсата на выходе увеличивают, а расход конденсата через котел-утилизатор с меньшей температурой конденсатора на выходе уменьшают, при этом разность температур конденсата на выходе из первого и второго котлов-утилизаторов поддерживают равной нулю. 2 ил.

Изобретение относится к теплоэнергетике и, в частности, к способам работы парогазовых установок с котлами-утилизаторами.

Известен способ работы парогазовой установки (см. например, Комисарчик Т. Н. и др. "Математическая модель парогазовой установки с котлом-утилизатором". М. "Теплоэнергетика" N 12, 1991, с.63-69, рис.1), которая может содержать несколько газотурбинных агрегатов с котлами-утилизаторами, в которых вырабатывается пар, направляемый в паровую турбину. В паровой турбине вырабатывается полезная мощность.

Отработанный пар конденсируется в конденсаторе. Конденсат подогревается в хвостовых поверхностях котлов-утилизаторов, а затем деаэрируется в деаэраторе с получением питательной воды, которая направляется в котлы-утилизаторы для генерации пара. Сбросное тепло из конденсатора паровой турбины, а также тепло нагретого в котлах-утилизаторах конденсата может использоваться для предварительного подогрева циклового воздуха газотурбинных агрегатов.

Известен также способ работы парогазовой установки (см. например, Комисарчик Т.Н. и др. "О предварительном подогреве циклового воздуха ПГУ в режимах с ограниченной мощностью газовой ступени". М. "Теплоэнергетика", N 9, 1992, с.32-36), которая, как и аналог, может содержать несколько газотурбинных агрегатов с котлами-утилизаторами, в которых вырабатывается пар, направляемый в паровую турбину. В паровой турбине вырабатывается полезная мощность. Отработанный пар конденсируется в конденсаторе. Конденсат подогревается в хвостовых поверхностях котлов-утилизаторов, а затем деаэрируется в деаэраторе с получением питательной воды, которая направляется в котлы-утилизаторы для генерации пара. Давление в деаэраторе поддерживается скользящим в зависимости от температуры конденсата на входе в деаэратор.

Недостатком аналога и прототипа является отсутствие регулируемого распределения потоков конденсата между котлами-утилизаторами. В связи с этим возможны существенные температурные перекосы в потоках конденсата, поступающих в деаэратор. Это вызывает перерасход греющего пара на деаэратор с соответствующей потерей экономичности. Кроме того, при этом, возможны такие явления, как ухудшение качества деаэрации, запаривание деаэратора, закипание конденсата в хвостовой поверхности одного из котлов-утилизаторов, т.е. снижается и надежность работы установки.

Задачей изобретения является повышение экономичности и надежности установки.

Указанная задача достигается тем, что в известном способе работы парогазовой установки, включающем выработку мощности в первом и втором газотурбинных агрегатах, утилизацию тепла уходящих газов в поверхностях нагрева первого и второго котлов-утилизаторов с генерацией пара, получение мощности от выработанного пара в паровой турбине, конденсацию отработанного пара в конденсаторе, а также подогрев конденсата в хвостовых поверхностях первого и второго котлов-утилизаторов и деаэрации конденсата в деаэраторе с получением питательной воды, расход конденсата от паровой турбины распределяют между первым и вторым котлами-утилизаторами, причем расход конденсатора через котел-утилизатор с большей температурой конденсата на выходе увеличивает, а расход конденсата через котел-утилизатор с меньшей температурой конденсата на выходе уменьшают, при этом разность температур конденсата на выходе из первого и второго котлов-утилизаторов поддерживает равной нулю.

В предлагаемом способе работы достигается повышение экономичности, благодаря устранению термодинамических потерь от смещения потоков с разными температурами.

Кроме того, достигаемая ликвидация перекосов в хвостовых поверхностях котлов-утилизаторов устраняет возможность закипания конденсата в одном из них или запаривание деаэратора с ухудшением деаэрации. Благодаря этому повышается надежность установки.

На фиг.1 изображена принципиальная схема парогазовой установки включающая первый и второй газотурбинные агрегаты 1 и 2, первый и второй котлы-утилизаторы 3 и 4. Первый и второй котлы-утилизаторы 3 и 4 содержат пароперегреватели 5 и 6, испарители 7 и 8, экономайзеры 9 и 10, газовые подогреватели конденсата 11 и 12, барабаны-сепараторы 13 и 14, насосы принудительной циркуляции 15 и 16. Кроме того, установка содержит деаэратор 17, питательный насос 18, паровую турбину 19, конденсатор 20, конденсатный насос 21, электрогенераторы 22, 23, 24, регулирующие клапаны 25е, 26, 27, датчики температуры 28, 29, систему регулирования 30.

На фиг. 2 приведены результаты расчетов режимов ПГУ при различном распределении расхода конденсата паровой турбины между котлами-утилизаторами.

Для конкретного примера, описываемого ниже, приняты следующие обозначения: t₂₈, t₂₉ температуры, измеряемые датчиками 28, 29, см.фиг.1; t_ср. средняя температура конденсата на входе в деаэратор; x_ску1 доля расхода конденсата, поступающего в первый котел-утилизатор от суммарного.

Работа парогазовой установки осуществляется следующим образом.

Газотурбинные агрегаты 1 и 2 приводят во вращение электрогенераторы 22 и 23. Уходящие газы газотурбинных агрегатов 1 и 2, с температурой 500^oС поступают в котлы-утилизаторы 3 и 4, отдавая тепло последовательно расположенным в газовом тракте пароперегревателям 5 и 6, испарителям 7 и 8, экономайзеры 9 и 10, и газовым подогревателям конденсата 11 и 12. Охлажденные в котлах-утилизаторах 3,4 газы отводятся в атмосферу с температурой 170^oC. Сгенерированный в котлах-утилизаторах пар с параметрами 0,4 МПа, 470^oC, поступает в паровую турбину 19, которая вращает электрический генератор 24. После расширения в паровой турбине 19 пар поступает в конденсатор 20, где конденсируется и полученный конденсат подается конденсатным насосом 21 в котлы-утилизаторы 3 и 4. Общий поток конденсата разделяется на 2 потока, которые подогреваются в газовых подогревателях конденсата 11 и 12, до температуры около 150^oC. Нагретый конденсат от обоих котлов подается в деаэратор 17, обогреваемый свежим паром через клапан 25. Давление в деаэраторе 17 составляет 0,62 МПа. В деаэраторе 17 из конденсата удаляются растворенные газы и полученная питательная вода с температурой 160^oC поступает сначала в экономайзеры 9 и 10 котлов-утилизаторов, а затем в испарители 7 и 8 пароперегреватели 5 и 6. Для сепарации пара служат барабаны-сепараторы 13 и 14. В испарителях 7 и 8 организована принудительная циркуляция с помощью насосов 15, 16.

Реальный режим ПГУ даже в случае использования однотипных газотурбинных агрегатов и котлов-утилизаторов будет характеризоваться несовпадением параметров в соответственных точках как газового, так и пароводяного трактов котлов-утилизаторов. Это связано с разбросом в пределах допусков конструктивных, теплотехнических, гидравлических и других характеристик элементов газотурбинных агрегатов и котлов-утилизаторов. Для разнотипного оборудования наличие указанных перекосов неизбежно.

В данном примере конкретного выполнения рассмотрим случай, когда различия касаются только гидравлических котлов-утилизаторов.

Пусть в исходном положении клапана 26 и 27 имеют одинаковую степень частичного открытия. Тогда, в связи с различием гидравлических характеристик котлов-утилизаторов расход конденсата на котел 3 составит 45% от суммарного, а на котел 4 55% от суммарного. Т.е. X_ску1 0,45 (см.фиг.2).

Представленные на фиг.2 результаты расчетов показывают, что в этом случае температура на выходе из газового подогревателя конденсата 11 t₂₈ 156^oC, а температура на выходе из газового подогревателя 12 составит t₂₉ 146^oC. В соответствии с предлагаемым способом работы измеряют указанные температуры датчиками 28 и 29, результаты измерений обрабатываются системой регулирования 30, которая меняет степень открытия и закрытия клапанов 26е и 27. Клапан 26 открывается, а клапан 27 закрывается. Поэтому расход конденсата через котел-утилизатор 3 увеличивается (t₂₈ больше, чем t₂₉), а расход конденсата через котел-утилизатор 4 уменьшается (t₂₉ меньше, чем t₂₈). В результате разность температур t₂₈ и t₂₉ сокращается. Воздействие на клапаны продолжается пока эта разность не исчезнет (станет равной нулю). Следует отметить, что данное регулирование происходит при практически постоянном суммарном расходе конденсата, благодаря регулированию уровней в конденсаторе и деаэраторе (соответствующие регуляторы на схеме не показаны). Вместе с тем, чтобы оказывать на регулирование уровня в конденсаторе и деаэраторе минимальные возмущения, целесообразно совместное изменение открытия клапанов 26 и 27 проводить при сохранении неизменным суммарного живого сечения клапанов. Выравнивание температур t₂₈ и t₂₈ произойдет в (()) А фиг.2 при выравнивании расходов конденсата на котлы-утилизаторы 3 и 4. Как видно из фиг.2 равенству температур t₂₈ и t₂₉ соответствует максимальная средняя температура конденсата на входе в деаэратор (t_cр.) и, следовательно, максимальная экономия греющего деаэратор пара. Расчеты показывают, что принятое условие оптимальности (t₂₈ t₂₉) справедливо при любых перекосах в параметрах газового и пароводяного трактов котла-утилизаторов.

При отсутствии регулируемого распределения расходов (прототип) их значения сохранились бы в исходной точке фиг.2 (X_ску1 0,45). При этом средняя температура конденсата, которая определяет баланс конденсатора была бы ниже, чем в точке А на 0,4^oC, что определило бы перерасход греющего пара на деаэратор с соответствующей потерей экономичности. Кроме того, предлагаемое решение, благодаря отсутствию перекосов по температуре, обеспечивает более надежную работу ПГУ, т.к. исключает закипание одного из газовых подогревателей конденсата, запаривание деаэратора и ухудшение деаэрации. О реальности таких явлений свидетельствует диапазон возможных перегревов конденсата (до 160^oC), показанный на фиг.2.

Следует отметить, что если учесть возможные перекосы в режимах газотурбинных агрегатов и коэффициентах теплопередачи соответствующих пучков котлов-утилизаторов, то перекосы в нагревах конденсата были бы еще больше и, следовательно, эффективность предлагаемого решения была бы еще выше по сравнению с рассмотренным примером несовпадения гидравлических характеристик котлов-утилизаторов.

Формула изобретения

Способ работы парогазовой установки путем выработки мощности в первом и втором газотурбинных агрегатах, утилизации тепла уходящих газов газотурбинных агрегатов в поверхностях нагрева первого и второго котлов-утилизаторов с генерацией пара, получения мощности от вырабатываемого пара в паровой турбине, конденсации отработанного пара в конденсаторе, а также подогрева конденсата в хвостовых поверхностях первого и второго котлов-утилизаторов и деаэрации конденсата в деаэраторе, обогреваемом свежим паром от котла-утилизатора с получением питательной воды, отличающийся тем, что расход конденсата от паровой турбины распределяют между первым и вторым котлами-утилизаторами, причем расход конденсата через котел-утилизатор с большей температурой конденсата на выходе увеличивают, а расход конденсата через котел-утилизатор с меньшей температурой конденсата на выходе уменьшают, при этом разность температур конденсата на выходе из первого и второго котлов-утилизаторов поддерживают равной нулю.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2