RU2391515C1 - Electro-generating installation with carbon-hydrogen fuel - Google Patents

Abstract

FIELD: power industry. ^ SUBSTANCE: electro-generating installation with carbon-hydrogen fuel consists of steam boiler with carbon-hydrogen fuel, high temperature steam turbine of average pressure, condensation steam turbine, electro-generators, high temperature hydrogen super-heaters, water steam condenser, steam generator, working agent consumption regulators, regenerating heater of feed water, condensate pumps, and feeding pumps. Notably, by means of a pipeline a heating steam output of the installation is connected with an intermediary input of the condensate steam turbine, the input of which is connected to outputs of the steam generator for secondary steam and steam from the steam boiler. Also high temperature steam turbines have their own feeding pump, while the condensate steam turbine has its own feed pump; to outputs of both there comes condensate from the condenser of water steam and from the regenerating heater of feed water; the latter is installed at the input to the steam boiler. Steam for feed water heating comes through the steam pipe from the output of the condensate steam turbine. ^ EFFECT: increased energy and economic efficiency. ^ 1 dwg

Description

Translated fromRussian

Изобретение относится к области энергомашиностроения и предназначено для электроэнергетики.The invention relates to the field of power engineering and is intended for the electric power industry.

Известно устройство (Патент РФ на изобретение №2311540 от 31.01.2006г. Высокотемпературная паровая турбина Шифрин Б.А., Мильман О.О., Федоров В.А., Токарь Р.А.), содержащее паровой котел, камеру сгорания водорода с кислородом, конденсатор пара, паротурбинную установку из нескольких последовательно соединенных турбин, роторы которых вращаются с разными скоростями.A device is known (RF Patent for the invention No. 2311540 dated January 31, 2006. High-temperature steam turbine Shifrin B.A., Milman O.O., Fedorov V.A., Tokar R.A.) containing a steam boiler, a hydrogen combustion chamber with oxygen, a steam condenser, a steam turbine installation of several series-connected turbines, the rotors of which rotate at different speeds.

К его недостаткам относится то, что в нем отсутствует система регенерации тепловой энергии и промежуточный перегрев пара.Its disadvantages include the fact that it lacks a thermal energy recovery system and intermediate steam overheating.

Известно устройство (см. A Vision for Thermal Power-Plant Technology Development in Japan. Energy and Technology; Sustaining World Development Into the next Millenium // Hisa Sh. at all // 17 Congress of the World Energy Counsil, Houston, Texas, September 13-18, 1998. Vol.2. P.25-38), включающее в себя парогенератор, водородные высокотемпературные пароперегреватели, паротурбинную установку, содержащую четыре турбины, конденсатор отработавшего пара, насосы.A device is known (see A Vision for Thermal Power-Plant Technology Development in Japan. Energy and Technology; Sustaining World Development Into the next Millenium // Hisa Sh. At all // 17 Congress of the World Energy Counsil, Houston, Texas, September 13-18, 1998. Vol.2. P.25-38), including a steam generator, hydrogen high-temperature superheaters, a steam turbine unit containing four turbines, an exhaust steam condenser, pumps.

Его недостатком является то, что в цикле используется только водородное топливо, а выход вторичного пара из парогенератора направлен на вход первой турбины с максимальным давлением в цикле. Последнее обстоятельство существенно уменьшает объемный расход пара на входе в турбину высокого давления и снизит ее эффективность за счет парциального подвода пара и малой высоты лопаток.Its disadvantage is that only hydrogen fuel is used in the cycle, and the output of the secondary steam from the steam generator is directed to the inlet of the first turbine with the maximum pressure in the cycle. The latter circumstance significantly reduces the volumetric flow rate of steam at the inlet of the high-pressure turbine and will reduce its efficiency due to the partial supply of steam and the low height of the blades.

Наиболее близким по технической сущности является устройство (Патент РФ на полезную модель №64699 от 19.03.2007 Электрогенерирующее устройство с высокотемпературной паровой турбиной. Фаворский О.Н., Леонтьев А.И., Федоров В.А., Мильман О.О.), содержащее паровой котел, высокотемпературный водородный пароперегреватель, паровую турбину с электрогенератором и конденсатором и т.д.The closest in technical essence is the device (Patent of the Russian Federation for utility model No. 64699 dated 03/19/2007 Electric generating device with a high-temperature steam turbine. Favorsky ON, Leontyev AI, Fedorov VA, Milman OO) containing a steam boiler, a high temperature hydrogen superheater, a steam turbine with an electric generator and a condenser, etc.

Недостатком данного устройства является то, что на выходе турбины при высокой температуре пара на входе в нее может существовать перегретый отработавший пар, что неизбежно приводит к снижению его эффективности.The disadvantage of this device is that at the exit of the turbine at a high temperature of steam at the inlet of it, there may be superheated exhaust steam, which inevitably leads to a decrease in its efficiency.

Цель изобретения - создание высокоэффективного электрогенерирующего комплекса с несколькими паровыми турбинами, имеющими системы промежуточного перегрева пара и регенерации тепловой энергии, при использовании углеводородного и водородного топлива.The purpose of the invention is the creation of a highly efficient power generating complex with several steam turbines having systems for intermediate steam overheating and heat energy recovery using hydrocarbon and hydrogen fuels.

Техническая сущность электрогенерирующего устройства, содержащего паровой котел с углеводородным топливом, высокотемпературную паровую турбину высокого давления с электрогенератором, высокотемпературную паровую турбину среднего давления с электрогенератором, конденсационную паровую турбину с электрогенератором, высокотемпературный водородный пароперегреватель перед высокотемпературной паровой турбиной высокого давления, высокотемпературный водородный пароперегреватель перед высокотемпературной паровой турбиной среднего давления, конденсатор водяного пара, парогенератор, регуляторы расходов рабочего тела, регенеративный подогреватель питательной воды, конденсатные насосы, питательные насосы, заключается в том, что выход парогенератора по греющему пару соединен трубопроводом с промежуточным вводом в конденсационную паровую турбину, вход которой соединен с выходами из парогенератора по вторичному пару и пару из парового котла, причем высокотемпературные паровые турбины имеют свой питательный насос, а конденсационная паровая турбина имеет свой питательный насос, на вход которых поступает конденсат из конденсатора водяного пара от конденсатного насоса и регенеративного подогревателя питательной воды, установленного на входе в паровой котел, причем пар на нагрев питательной воды поступает по паропроводу из отбора конденсационной паровой турбины.The technical essence of an electric generating device comprising a steam boiler with hydrocarbon fuel, a high temperature high pressure steam turbine with an electric generator, a high temperature medium pressure steam turbine with an electric generator, a condensing steam turbine with an electric generator, a high temperature hydrogen superheater and a high temperature high temperature steam high temperature steam turbine medium turbine pressure, steam condenser, steam generator, flow rate controllers, regenerative feed water heater, condensate pumps, feed pumps, consists in the fact that the steam generator output via a heating steam is connected by a pipeline with an intermediate input to a condensing steam turbine, the input of which is connected to the exits from a steam generator for a secondary steam and steam from a steam boiler, moreover, high-temperature steam turbines have their own feed pump, and the condensing steam turbine has its own feeder The pump is, the input of which receives the condensate from the condenser by the steam condensate pump and a regenerative feedwater heater installed at the inlet of the steam boiler, the steam to heat the feed water supplied through the steam line from the selection of the condensing steam turbine.

Использование устройства для непрерывного производства электроэнергии предусматривает одновременное применение углеводородного и водородного топлива. Это позволяет использовать более дешевое углеводородное топливо для нагрева питательной воды и получение водяного пара, а водородное топливо (водород и кислород) только для перегрева пара, например, более 600°С.The use of a device for the continuous production of electricity involves the simultaneous use of hydrocarbon and hydrogen fuels. This allows you to use cheaper hydrocarbon fuel for heating feed water and producing water vapor, and hydrogen fuel (hydrogen and oxygen) only for overheating steam, for example, more than 600 ° C.

Это позволит повысить не только финансовую эффективность от использования устройства, но и энергетическую, т.к. для получения водорода и использования его на электростанции требуются дополнительные затраты углеводородного топлива либо на конверсию, либо на хранение и транспортировку.This will improve not only the financial efficiency of using the device, but also energy, as To obtain hydrogen and use it in power plants, additional costs of hydrocarbon fuel are required either for conversion, or for storage and transportation.

Использование парогенератора на выходе из высокотемпературной паровой турбины среднего давления для генерации вторичного пара позволяет передать частично энергию высокотемпературного пара низкого давления (0,1÷0,15) МПа в энергию высокотемпературного вторичного пара среднего (4 МПа) или высокого давления (более 10 МПа). Последнее позволит эффективно использовать энергию рабочего тела в конденсационной паровой турбине и исключить перегрев пара на выходе из нее.Using a steam generator at the outlet of a high-temperature medium-pressure steam turbine to generate secondary steam partially transfers the energy of a high-temperature low-pressure steam (0.1 ÷ 0.15) MPa to the energy of a high-temperature secondary-steam of medium (4 MPa) or high pressure (more than 10 MPa) . The latter will make it possible to efficiently use the energy of the working fluid in a condensing steam turbine and to exclude steam overheating at the outlet of it.

Охлажденный в парогенераторе пар направляется в промежуточный ввод конденсационной паровой турбины.The steam cooled in the steam generator is sent to the intermediate inlet of the condensing steam turbine.

Подача пара от котла с углеводородным топливом на вход паровой конденсационной турбины параллельно с вторичным паром из парогенератора позволит обеспечить широкое регулирование ее мощности и регенерацию тепла внутри цикла на низкотемпературном уровне температур, что обеспечит повышение обратимости цикла.The steam supply from the boiler with hydrocarbon fuel to the input of the steam condensing turbine in parallel with the secondary steam from the steam generator will allow for wide control of its power and heat recovery inside the cycle at a low temperature level, which will increase the cycle reversibility.

Электрогенерирующее устройство с угольно-водородным топливом (далее - устройство) представлено в виде схемы.An electric-generating device with carbon-hydrogen fuel (hereinafter - the device) is presented in the form of a diagram.

Комплекс содержит паровой котел 1 с углеводородным топливом, высокотемпературную паровую турбину высокого давления с электрогенератором 2, высокотемпературную паровую турбину среднего давления с электрогенератором 3, конденсационную паровую турбину с электрогенератором 4, высокотемпературный водородный пароперегреватель 5 перед турбиной 2, высокотемпературный водородный пароперегреватель 6 перед турбиной 3, парогенератор 7, конденсатор водяного пара 8, конденсатные насосы 9, 12, питательные насосы 10, 11, регуляторы расходов рабочего тела 13-16, регенеративный подогреватель питательной воды 17.The complex comprises a steam boiler 1 with hydrocarbon fuel, a high temperature high pressure steam turbine with an electric generator 2, a high temperature medium pressure steam turbine with anelectric generator 3, a condensation steam turbine with an electric generator 4, a hightemperature hydrogen superheater 5 in front of the turbine 2, a hightemperature hydrogen superheater 3, and 6 steam generator 7, steam condenser 8,condensate pumps 9, 12,feed pumps 10, 11, flow rate controllers 1 3-16,regenerative feedwater heater 17.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

Из парового котла 1 пар поступает по паропроводу в высокотемпературную паровую турбину высокого давления 2. В ней происходит снижение давления и температуры пара, а также преобразование механической энергии в электрическую. В высокотемпературном водородном пароперегревателе происходит дополнительный перегрев водяного пара и увеличение его расхода. Далее пар поступает в высокотемпературную паровую турбину среднего давления 3 и после нее в парогенератор 7. В этой турбине происходит снижение температур, например до 500÷600°С, и абсолютных давлений, например, до 0,12÷0,15 МПа. В парогенераторе 4 происходит снижение температуры пара, например, до 110÷120°С и далее он поступает в промежуточный ввод паровой конденсационной турбины 4.From the steam boiler, 1 steam is supplied through the steam line to the high-temperature high-pressure steam turbine 2. In it, the pressure and temperature of the steam decrease, as well as the conversion of mechanical energy into electrical energy. In a high-temperature hydrogen superheater there is an additional overheating of water vapor and an increase in its flow rate. Next, the steam enters the high-temperature medium-pressure steam turbine 3 and after it to the steam generator 7. In this turbine, temperatures decrease, for example, to 500–600 ° C, and absolute pressures, for example, to 0.12–0.15 MPa. In the steam generator 4, the temperature of the steam decreases, for example, to 110 ÷ 120 ° C and then it enters the intermediate input of the steam condensing turbine 4.

Полученный в парогенераторе вторичный пар направляется на вход турбины 4. На вход турбины 4 также может подаваться пар от парового котла 1. Это позволит регулировать ее мощность и расходы пара в отборах, в частности, на регенеративный подогреватель питательной воды 17, в широком диапазоне режимов.The secondary steam received in the steam generator is sent to the inlet of the turbine 4. Steam can also be supplied to the inlet of the turbine 4 from the steam boiler 1. This will make it possible to control its power and steam consumption in the selections, in particular, to the regenerativefeed water heater 17, in a wide range of modes.

С выхода турбины 4 пар (пароводяная смесь) поступает в конденсатор водяного пара 8 и далее в конденсатный насос 9. Далее конденсат поступает в питательные насосы 10 и 11. К этим же насосам поступает конденсат из регенеративного подогревателя питательной воды 17. Регулирование расходов пара и воды осуществляется регуляторами расходов 13-16.From the turbine exit 4 steam (steam-water mixture) enters the steam condenser 8 and then to thecondensate pump 9. Next, the condensate enters thefeed pumps 10 and 11. Condensate from the regenerativefeed water heater 17 also comes to the same pumps. Regulation of steam and water consumption carried out by cost regulators 13-16.

Достоинством предложенного устройства является то, что оно использует углеводородное и водородное топливо для непрерывного высокоэффективного производства электроэнергии.The advantage of the proposed device is that it uses hydrocarbon and hydrogen fuels for continuous highly efficient power generation.

Claims (1)

Translated fromRussian

Электрогенерирующее устройство с угольно-водородным топливом, содержащее паровой котел с углеводородным топливом, высокотемпературную паровую турбину высокого давления с электрогенератором, высокотемпературную паровую турбину среднего давления с электрогенератором, конденсационную паровую турбину с электрогенератором, высокотемпературный водородный пароперегреватель перед высокотемпературной паровой турбиной высокого давления, высокотемпературный водородный пароперегреватель перед высокотемпературной паровой турбиной среднего давления, конденсатор водяного пара, парогенератор, регуляторы расходов рабочего тела, регенеративный подогреватель питательной воды, конденсатные насосы, питательные насосы, дополнено тем, что выход парогенератора по греющему пару соединен трубопроводом с промежуточным вводом в конденсационную паровую турбину, вход которой соединен с выходами из парогенератора по вторичному пару и пару из парового котла, причем высокотемпературные паровые турбины имеют свой питательный насос, а конденсационная паровая турбина имеет свой питательный насос, на вход которых поступает конденсат из конденсатора водяного пара от конденсатного насоса и регенеративного подогревателя питательной воды, установленного на входе в паровой котел, причем пар на нагрев питательной воды поступает по паропроводу из отбора конденсационной паровой турбины.A carbon-hydrogen fuel generating device comprising a steam boiler with hydrocarbon fuel, a high temperature high pressure steam turbine with an electric generator, a medium temperature high pressure steam turbine with an electric generator, a condensing steam turbine with an electric generator, a high temperature hydrogen steam superheater in front of the high temperature high temperature steam in front of a high temperature steam turbine pressure, water vapor condenser, steam generator, flow rate controllers, regenerative feed water heater, condensate pumps, feed pumps, is supplemented by the fact that the steam generator output via a heating steam is connected by a pipe to an intermediate input into a condensing steam turbine, the input of which is connected to the exits from a steam generator for a secondary steam and steam from a steam boiler, moreover, high-temperature steam turbines have their own feed pump, and the condensing steam turbine has its own feed an integral pump, the input of which is condensate from a steam condenser from a condensate pump and a regenerative feed water heater installed at the inlet to the steam boiler, and steam for heating the feed water comes from the selection of a condensing steam turbine through a steam line.

Images