Общие принципы компановки и конструкции ПГУ.

Оглавление……………………………………………………………………2
Введение…………………………………………………………………….....3
1.Основные типы ПГУ………………………………………. ……………....4
1.1.ПГУ с высоконапорным парогенератором……………………………...5
1.2.ПГУ со сбросом выходных газов ГТУ в…………………………………………………………………….6
1.3.ПГУ с «вытеснением» регенерации…………………….. ………………8
1.4.ПГУ с котлом-утилизатором……………………………..……………....9
2.Модификации ПГУ с котлом-утилизатором……………… …………….11
2.1.ПГУ с котлом-утилизатором одного давления………………………...11
2.2.ПГУ с котлом-утилизатором, имеющим два
несвязанных контура…………………………………………. …………….13
2.3.ПГУ с котлом-утилизатором, имеющим два
несвязанных контура, с экономайзером низкого
давления (с атмосферным или вакуумным деаэратором)….. ……………13
2.4.ПГУ с котлом-утилизатором, имеющим два
связанных контура, с атмосферным или вакуумным
деаэратором…………………………………………………………………..16
2.5.ПГУ с котлом-утилизатором усложненных схем и
Повышенных параметров пара…………………………………………… ..18
3.Теплофикационные установки…………………………………………. ..21
Выводы…………………………………………………………. …………...23
Список литературы………………………………………………………….25

Общие принципы компановки и конструкции ПГУ.

ПГУ с вытеснением регенерации дает наименьшую экономию топлива (около 4%), однако она позволяет надстроить паротурбинный энергоблок с минимальными переделками и обеспечивает возможность раздельной работы газовой и паровой частей установки, что очень важно для повышения надежности ее эксплуатации. 1.4.ПГУ с котлом-утилизаторомНаиболее перспективной и широко распространенной в энергетике парогазовой установкой, отличающейся простотой и высокой эффективностью производства электрической энергии, является парогазовая установка утилизационного типа (с котлом-утилизатором: ПГУ с КУ). Эти ПГУ – единственные в мире энергетические установки, которые при работе в конденсационном режиме могут отпускать потребителям электроэнергию с КПД 55-60%[3]. Главными преимуществами утилизационных ПГУ по сравнению с ПТУ являются существенно меньшие капиталовложения, меньшая потребность в охлаждающей воде, малые вредные выбросы, высокая маневренность. Эксплуатационные издержки мощной современной ПГУ вдвое ниже по сравнению с издержками пылеугольной ТЭС. Сроки строительства ПГУ с КУ, в особенности при поэтапном вводе в эксплуатацию, намного короче, чем сроки строительства мощных тепловых электростанций других типов.Одной из главных факторов перспективности ПГУ является использование природного газа – топлива, мировые запасы которого очень велики. Газ является лучшим топливом для энергетических ГТУ – основного элемента установки. Природный газ хорошо транспортируется на дальние расстояния по магистральным газопроводам. Его можно поставлять и в жидком виде, как сжиженный природный газ (LNG – Liquefied Natural Gas). Такое топливо используется, например, для ПГУ в Японии и Южной Корее. Однако утилизационные ПГУ становятся эффективными при использовании высокоэкономичных высокотемпературных газовых турбин с высокой температурой уходящих газов для генерирования пара высоких параметров для паротурбинной установки (ПТУ). Строительство ПГУ стало экономически оправданным лишь в последние 20-25 лет после создания высокотемпературных ГТУ, которые не только обеспечили ее высокий КПД, но и создали условия для реализации паротурбинного цикла высокой экономичности.Современные промышленные ГТУ, отвечающие этим требованиям, пока могут работать либо на природном газе, либо на легких сортах жидкого топлива. ПГУ с использованием в цикле ГТУ тяжелого нефтяного топлива, сырой нефти, побочных продуктов переработки нефти, синтетического газа, получаемого при газификации углей в настоящее время интенсивно разрабатываются.На рис.4 показана принципиальная схема простейшей парогазовой установки с котлом-утилизатором. Уходящие газы ГТУ поступают в котел-утилизатор – теплообменник противоточного типа, в котором за счет тепла горячих газов генерируется пар высоких параметров, направляемый в паровую турбину. Котел-утилизатор представляет собой шахту прямоугольного сечения, в которой размещены поверхности нагрева, образованные оребренными трубами. Внутрь них подается рабочее тело паротурбинной установки (вода или пар). В простейшем случае поверхности нагрева котла-утилизатора состоят из трех элементов: экономайзера 3, испарителя 2, и пароперегревателя 7. Центральным элементом является испаритель, состоящий из барабана 4, нескольких опускных труб 7 и достаточно плотно установленных вертикальных труб собственно испарителя 8. Испаритель работает на принципе естественной конвекции. Испарительные трубы находятся в зоне более высоких температур, чем опускные. В них вода нагревается, частично испаряется и поэтому становится легче и поднимается вверх, в барабан. Освободившееся место заполняется более холодной водой по опускным трубам из барабана. Насыщенный пар собирается в верхней части барабана и направляется в трубы пароперегревателя 1. Расход пара из барабана4 компенсируется подводом воды из экономайзера 3. При этом поступающая вода, прежде чем испариться полностью, многократно проходит через испарительные трубы. Поэтому описанный котел-утилизатор называется котлом с естественной циркуляцией. В экономайзере происходит нагрев поступающей питательной воды практически до температуры кипения (на 10-20°С меньше, чем температура насыщенного пара в барабане, полностью определяемая давлением в нем). Из барабана сухой насыщенный пар поступает в пароперегреватель, где перегревается сверх температуры насыщения. Температура получаемого перегретого пара всегда меньше, чем температура газов, поступающих из газовой турбины (обычно на 25-30°С).643890231775Рис.4. Принципиальная схема простейшей ПГУ с КУ: 1— пароперегреватель; 2 — испаритель; 3 — экономайзер; 4 — барабан; 5 — конденсатор паровой турбины; 6 — питательный насос; 7 — опускная труба испарителя; 8 — подъемные трубы испарителяПод схемой котла-утилизатора на Рис.4 показано изменение температур газов и рабочего тела при их движении навстречу друг другу. Температура газов плавно уменьшается от значения на входе до значения температуры уходящих газов . Движущаяся навстречу питательная вода повышает в экономайзере свою температуру до температуры кипения (точка а). С этой температурой (на грани кипения) вода поступает в испаритель, в котором происходит ее испарение при θ=const (процесс а – b). В точке b рабочее тело находится в виде сухого насыщенного пара. Далее в пароперегревателе происходит его перегрев до значения .Образующийся на выходе из пароперегревателя пар направляется в паровую турбину, где, расширяясь, совершает работу. Из турбины отработанный пар поступает в конденсатор, конденсируется и с помощью питательного насоса 6, повышающего давление питательной воды, направляется снова в котел-утилизатор.Таким образом, принципиальное отличие паросиловой установки (ПСУ) ПГУ от обычной ПСУ ТЭС состоит только в том, что топливо в котле-утилизаторе не сжигается, а необходимая для работы ПСУ ПГУ теплота берется от уходящих газов ГТУ. Однако сразу же необходимо отметить ряд важных технических отличий ПСУ ПГУ от ПСУ ТЭС.1. Температура уходящих газов ГТУ практически однозначно определяется температурой газов перед газовой турбиной и совершенством системы охлаждения газовой турбины. В большинстве современных ГТУ температура уходящих газов составляет 450-550°С (хотя имеются отдельные ГТУ с температурой вплоть до 640°С). По условиям надежности работы трубной системы экономайзера при работе на природном газе температура питательной воды на входе в котел-утилизатор не должна быть меньше 60°С. Реально она находится на уровне 90… 110°С. В связи с этим котел-утилизатор в ПГУ имеет КПД существенно более низкий, чем КПД котла ТЭС.2.КПД паротурбинной установки рассмотренной ПГУ существенно ниже, чем КПД ПТУ обычной ТЭС. Это связано не только с тем, что параметры пара, генерируемого котлом-утилизатором, ниже, но и с тем, что ПТУ ПГУ не имеет системы регенерации. А иметь ее она в принципе не может, так как повышение температуры питательной воды перед КУ приведет к еще большему снижению КПД котла-утилизатора. Тем не менее общий КПД ПГУ оказывается весьма высоким. 2.Модификации ПГУ с котлом-утилизатором 2.1.ПГУ с котлом-утилизатором одного давленияРанее в п.1.4 была рассмотрена одноконтурная утилизационная ПГУ. Через поверхности нагрева котла-утилизатора (экономайзер, испаритель, пароперегреватель) такой ПГУ проходит одинаковое количество рабочего тела (воды и пара). При этом обнаруживается серьезный недостаток этой схемы, связанный с необходимостью удовлетворения двух противоречивых требований. С одной стороны, КУ должен генерировать пар высоких параметров, в первую очередь высокой температуры, для того чтобы обеспечить высокую экономичность ПТУ. Но запас тепловой энергии, содержащийся в выходных газах ГТУ, может обеспечить эти параметры при малых расходах питательной воды. Тогда этот расход не может охладить газы, поступающие в котел, до низкой температуры (ниже 150С), и поэтому уменьшается КПД котла-утилизатора (который и без того невысок). С другой стороны, пропуск большого количества питательной воды, хотя и обеспечивает низкую температуру уходящих газов котла и его высокую экономичность, не позволяет получить высокие параметры пара за ним, что приводит к снижению КПД ПТУ. Из этого следует, что через хвостовые поверхности котла (по газу) надо пропускать как можно большее количество воды, а через входные – наоборот.На рис.5 приведена тепловая схема ПГУ с одноконтурным КУ, а на рис.6 – соответствующая Q-Т диаграмма теплообмена между выходными газами ГТУ и пароводяным рабочим телом. Газовый подогреватель конденсата (ГПК) заменяет отсутствующие в ПТУ подогреватели низкого давления. Нагрев основного конденсата в нем вызывает понижение температуры газов до конечного значения Тух. В схеме предусмотрен деаэратор питательной воды, питаемый отборным паром паровой турбины. Парогенерирующий контур одного давления состоит из экономайзера, испарителя и пароперегревателя. Минимальный температурный напор имеет место на конце испарительных поверхностей нагрева и составляет  = 8-10°С, а соответствующая разница температур – на горячем конце пароперегревателя и равна = 20-40ºС. Во избежание коррозионного износа температуру конденсата на входе в КУ поддерживают на уровне 50-60°С при сжигании природного газа и не ниже 110°С при переходе на жидкое газотурбинное топливо в ГТУ.520065-225425Рис.5. Тепловая схема ПГУ с одноконтурным КУ: ГПК – газовый подогреватель конденсата; Д – деаэратор; ПН, КН – питательный и конденсатный насосы; – температура газов155829071755Рис.6.Q-T диаграмма теплообмена в КУ ПГУРасчеты[4] показывают, что в рассматриваемой ПГУ с одноконтурным КУ удается охладить выходные газы ГТУ до температуры 162°С и получить невысокое значение КПД производства электроэнергии. Вместе с тем тепловая схема такой установки проста в эксплуатации и характеризуется низкими удельными капиталовложениями. Выбор данного типа ПГУ экономически обоснован в тех случаях, когда применяется дешевое топливо, а электростанция рассчитана на работу с пиковыми нагрузками или когда применяется топливо с высоким содержанием серы. Дальнейшее повышение экономичности ПГУ с КУ возможно при более глубоком охлаждении выходных газов ГТУ. 2.2.ПГУ с котлом-утилизатором, имеющим два несвязанныхконтура Данная схема (Рис.7 и Рис.8), достаточно часто применяемая в ПГУ с КУ, имеет следующие особенности: - контуры КУ питаются от вынесенного деаэратора, в который подается недеаэрированная вода из ГПК и пар из ПЕНД; - для снижения выбросов NОх в камеру сгорания ГТУ может вводиться пар, получаемый, прежде всего, в части низкого давления котла ( по данным [5] его количество составляет 0,5-1 кг на каждый килограмм топлива);- при работе на природном газе, не содержащем серы, достигается самая низкая температура уходящих газов.Деаэраторы могут быть встроены в котел или располагаться отдельно. В последнем случае преддеаэраторный подогрев конденсата является обязательным. Впрыск пара в ГТУ позволяет повысить ее мощность. 2.3.ПГУ с котлом-утилизатором, имеющим два несвязанных контура, с экономайзером низкого давления (с атмосферным или вакуумным деаэратором)Принципиальные тепловые схемы такой ПГУ представлены на Рис.8 и Рис.9. Как и в рассмотренной ранее схеме ПГУ (рис.8), в схеме, представленной на рис.9, оба контура КУ питаются раздельно из деаэратора (атмосферного или вакуумного). Кроме того, значительное превышение давления в контуре НД над давлением в деаэраторе приводит к тому, что Д уже не выгодно питать непосредственно из ПЕНД, а целесообразно пар из ПЕНД направлять в ТНД и после некоторого расширения в ней при соответствующем давлении часть этого пара подавать в Д.43434058420Рис.7. Принципиальная тепловая схема ПГУ с двухконтурным КУ: 1 – компрессор; 2 – камера сгорания; 3 – газовая турбина; 4 – генератор ГТ; 5 – котел-утилизатор; 6 – деаэратор; 7 – ЦВД; 8 – ЦНД; 9 – генератор ПТ; 10 – конденсатор паровой турбины; 11 – конденсационный насос; 12 – конденсатор пара уплотнений; 13 – питательный насос ВД; 14 – питательный насос НД; 15 – насос рециркуляции; 16 – барабан НД; 17 – барабан ВД; 18 – перегреватель ВД; 19 – испаритель ВД; 20 – экономайзер ВД; 21 – перегреватель НД; 22 – испаритель НД; 23 – ГПК; 24, 25 – стопорные и регулирующие клапаны; 26 – сепаратор ПТ; 27 – дымовая труба62865-73025Рис.8. ПТС ПГУ с двухконтурным КУ: ПЕВД, ПЕНД – пароперегреватели высокого и низкого давлений; ИВД, ИНД – испарительные поверхности высокого и низкого давлений; ЭКВД – экономайзер высокого давления; ГПК – газовый подогреватель конденсата; ДПВ – деаэратор питательной воды; ЧВД, ЧНД – части высокого и низкого давлений паровой турбины; К-р – конденсатор; КН – конденсатный насос; ПНВД, ПННД – питательные насосы высокого и низкого давлений; НРц – насос рециркуляции; РК – регулирующий клапанКроме того, значительное превышение давления в контуре НД над давлением в деаэраторе приводит к тому, что Д уже не выгодно питать непосредственно из ПЕНД, а целесообразно пар из ПЕНД направлять в ТНД и после некоторого расширения в ней при соответствующем давлении часть этого пара подавать в Д. Для рассматриваемой в данном разделе схемы ПГУ наряду с давлением пара ВД на входе в проточную часть ТВД (3,4 МПа) и давлением в деаэраторе (0,12 МПа) задается давление на входе в проточную часть ТНД (0,7 Мпа). Причем это задание связано с тепловой схемой электростанции, расширяемой ПГУ, или с особенностями паровой турбины, планируемой к применению в ПГУ. 636905-6350Рис.9. ПТС ПГУ с КУ двух уровней давления, с несвязными контурами, с ЭКНД: 1 – компрессор ГТА; 2 – камера сгорания ГТА; 3 – газовая турбина ГТА; 4 – блок дожигания; 5 – электрогенератор; 6 – котел-утилизатор; 7 – паровая турбина; 8 – электрогенератор; 9 – смешивающий конденсатор; 10 – конденсатный насос; 11 – циркуляционный насос; 12 – воздушно-конденсационная установка; 13 – деаэратор; 14 – питательные насосы; 15 – барабан-сепаратор ВД; 16 – циркуляционные насосы ВД; 17 – барабан-сепаратор НД; 18 – циркуляционный насос НД; 19 – насос рециркуляции2.4.ПГУ с котлом-утилизатором, имеющим два связанныхконтура, с атмосферным или вакуумным деаэраторомПри выборе схемы КУ со связанными контурами ( Рис.10) контур НД питается кипящей жидкостью из деаэратора, а контур ВД – кипящей жидкостью из барабана низкого давления (БНД). Расход питательной воды через ЭКНД равен сумме расходов пара НД и ВД. Как и в предыдущей схеме, предполагается значительная разница в давлениях после ПЕНД и в деаэраторе, поэтому пар НД также сначала направляется в зону среднего давления турбины, расширяется перед ЧНД до давления, несколько большего чем в Д (с учетом потерь в паропроводе отбора в Д после ЧСД) и затем отбирается на деаэратор. Перед поступлением в ЧНД турбины может производиться подсушка влажного пара в сепараторе 12 с направлением сепарата в Д.17970595250Рис.10. Принципиальная тепловая схема ПГУ со связанными контурами и атмосферным деаэратором: 1 – БВД; 2 – БНД; 3 – ПЕВД; 4 – ИВД; 5 – ЭКВД; 6 – ПЕНД; 7 – ИНД; 8 – ГПК; 10 – ПНВД; 11 – ПННД; 12 – сепаратор; 13 – деаэратор атмосферный2.5.ПГУ с котлом-утилизатором усложненных схем и повышенных параметров пара В настоящее время в лучших современных энергетических ГТУ значение начальной температуры газа приблизилось к 1500°С, а соответствующее давление газа (по ISO) составляет 1,8-3,0 МПа. При этом температура выходных газов превысила 600°С. Данное обстоятельство позволило перейти к дальнейшему совершенствованию паровой ступени ПГУ с КУ и осуществить тепловую схему с тремя контурами генерации пара и его промежуточным перегревом. Последний может применяться и в КУ с двумя контурами. В обоих случаях это решение позволяет снизить влажность пара в последних ступенях паровой турбины и отказаться от использования сепаратора влаги.На Рис.