Газотурбинная силовая установка

 

Газотурбинная силовая установка относится к теплоэнергетике, в частности к газотурбинным силовым установкам. Газотурбинная силовая установка состоит из компрессора, камеры сгорания топлива и газовой турбины. Газовая турбина выполнена ступенчатой и снабжена приводами для компрессора и электрогенератора. Газотурбинная силовая установка дополнительно оборудована водяным трубчатым котлом-утилизатором, подсоединенным к выходу турбины через трубопровод с выходом горячих выхлопных газов из турбины электрогенератора. Компрессор снабжен 1-14 направляющими аппаратами, выполненными с возможностью поворота под углом 5-55^o и оборудованными приводом для их поворота в соответствии с заданным законом через систему управления. Котел-утилизатор соединен через трубопровод с выходом горячих газов из турбины электрогенератора. Такое выполнение приводит к повышению надежности и эффективности работы газотурбинной силовой установки. 2 з.п. ф-лы, 1 табл., 1 ил.

Изобретение относится к теплоэнергетике, в частности к газотурбинным силовым установкам, и может найти свое применение в газовой промышленности при создании теплоэлектростанций.

Известна газотурбинная установка, работающая на газообразном топливе, в виде самостоятельного агрегата или представляющая собой часть энергетической установки с паровыми турбинами, содержащая камеру сгорания, по меньшей мере один подключенный к ней топливный компрессор и по меньшей мере один газоохладитель с замкнутой системой циркуляции охлаждающего агента, включенный цикл утилизации тепла, в которой топливный компрессор выполнен в виде пароструйного аппарата, а каждый газоохладитель - в виде установленного за пароструйным аппаратом конденсатора пара, имеющие раздельные патрубки для выхода парогазовой смеси и слива конденсата в отводную линию, включенную в цикл утилизации тепла газотурбинной установки или энергетической установки с паровыми турбинами (патент РФ N 2095600, кл. F 02 C 3/30, 1997).

Данное устройство для повышения мощности газотурбинной установки громоздко и допускает потери тепловой энергии.

Наиболее близкой к предлагаемому изобретению по техническому результату является газотурбинная силовая установка, состоящая из компрессора, камеры сгорания и газовой турбины, снабженная системой впрыска воды в воздух между компрессором и камерой сгорания, системой ввода водяного пара в камеру сгорания, в которой температура продуктов сгорания топлива в камере сгорания и после камеры сгорания снижается до турбины в пределах от температуры пламени в камере до температуры точки росы включительно при выбранном давлении парогазовой смеси перед турбиной путем впрыска воды, распыленной распылителями, в газы - продукты сгорания топлива; а мощность компрессора равна объему воздуха, необходимому для сгорания топлива с коэффициентом избытка 1,05 - 1,2 (РФ N 94022027, кл. F 02 C 3/30, 1996).

Основным недостатком вышеописанной установки является недостаточно высокая надежность при работе в климатических условиях с большим сезонным колебанием температур.

Задачей изобретения является повышение надежности работы газотурбинной силовой установки в качестве автономной электростанции в климатических условиях с большим сезонным колебанием температур.

Поставленная задача решается газотурбинной силовой установкой, состоящей из компрессора, камеры сгорания топлива и газовой турбины, которая дополнительно оборудована водяным трубчатым котлом-утилизатором, подсоединенным через трубопровод к выходу турбины, при этом компрессор снабжен 1 - 14 направляющими аппаратами, выполненными с возможностью поворота под углом 5 - 55^o. При этом газовая турбина выполнена ступенчатой и снабжена приводами для компрессора и электрогенератора.

Кроме того, котел-утилизатор соединен через трубопровод с выходом горячих выхлопных газов из турбины генератора.

Направляющие аппараты компрессора оборудованы приводом для их поворота в соответствии с заданным законом через систему управления.

Предлагаемая газотурбинная силовая установка является автономной газотурбинной электростанцией с комбинированной выработкой электрической и тепловой энергии.

В расчетном режиме при температуре 15^oC электрическая мощность составляет 20 МВт, тепловая - 29 МВт (25 Гкал/ч). Наиболее эффективной является работа установки в качестве источника электрической и тепловой энергии в системе теплоснабжения совместно с котельными с целью их замещения и экономии топлива.

Для газотурбинной силовой установки характерна зависимость располагаемой для отпуска энергией от окружающей температуры.

По мере снижения температуры наружного воздуха до минус 10 - 15^oC и связанного с этим роста нагрузок происходит увеличение электрической мощности установки на 11,8% и тепловой на 2% по сравнению с расчетным режимом.

При температуре окружающего воздуха до минус 40^oC электрическая мощность установки составляет 27 МВт, а тепловая - 27 Гкал/ч).

Основные технические данные газотурбинной силовой установки представлены в таблице.

Время пуска из холодного состояния до принятия нагрузки не превышает 15 мин, из горячего состояния - не более 5 мин, повторный пуск обеспечивается через любое время после предыдущей остановки.

Газотурбинная силовая установка состоит из четырнадцатиступенчатого осевого компрессора 1, входной и выходной групп направляющих аппаратов, снабженного 14 направляющими аппаратами, выполненными с возможностью поворота на 5-55^o и имеющими привод для регулирования угла поворота. Компрессор 1 оборудован приспособлением для отбора воздуха от V и VII ступеней на нужды силовой турбины.

Камеры сгорания топлива (природного газа) 2 оборудованы 12 жаровыми трубами и газовыми форсунками с общим объединяющим газовым коллектором.

Трехступенчатая газовая турбина 3 имеет приводы для компрессора 1 и электрогенератора 4. Компрессор 1, камера сгорания 2 и газовая турбина 3 объединены в едином корпусе 5, установленном на собственной раме 6 с возможностью передвижения.

Электрогенератор 4 выполнен в виде отдельного модуля и оборудован переходником 7 с фланцевым креплением, соединяющим его с приводом газовой турбины 3, имеет отдельную технологическую раму 8, оборудованную приспособлением 9 для передвижения, а также фланцевое крепление 10, соединяющее электрогенератор 4 с входным устройством.

Электрогенератор 4 представляет собой электрическую машину, соединенную с трехступенчатой осевой турбиной, предназначенной для преобразования энергии газового потока в механическую для вращения ротора электрогенератора посредством рессоры, являющейся отдельным модулем.

Выходное (выхлопное) устройство выполнено в виде сварного патрубка, монтируется на отдельной раме и служит для отвода отработанных газов через газоотвод в паровой котел-утилизатор 11 секционного типа. В межтрубное пространство змеевика котла-утилизатора подаются горячие выхлопные газы, а в трубное пространство - вода с последующим съемом тепловой энергии и подачей охлажденных газов в шахту выхлопа.

Газотурбинная силовая установка работает следующим образом.

Атмосферный воздух поступает в компрессор 1, где он сжимается до 15 атм, после чего он подается в камеру сгорания топлива 2. Образовавшаяся газовая смесь поступает в газовую турбину 3 компрессора, а затем в силовую турбину привода генератора 4. Отходящие газы поступают в котел-утилизатор 11, где происходит съем тепла через пароводяную смесь с последующей подачей охлажденных газов в шахту выхлопа.

Технический результат, получаемый от использования газотурбинной силовой установки, состоит в повышении надежности и эффективности ее работы при большом перепаде температур наружного воздуха в условиях Крайнего Севера.

Это обусловлено тем, что поворот направляющих аппаратов компрессора по соответствующему закону позволяет сбалансировать тепловые нагрузки в большом диапазоне перепада температур.

Формула изобретения

1. Газотурбинная силовая установка, состоящая из компрессора, камеры сгорания топлива и газовой турбины, отличающаяся тем, что газовая турбина выполнена ступенчатой и снабжена приводами для компрессора и электрогенератора, установка дополнительно оборудована водяным трубчатым котлом-утилизатором, подсоединенным к выходу турбины, причем компрессор снабжен 1 - 14 направляющими аппаратами, выполненными с возможностью поворота под углом 5 - 55^o.

2. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что котел-утилизатор соединен через трубопровод с выходом горячих выхлопных газов из турбины электрогенератора.

3. Установка по пп. 1 и 2, отличающаяся тем, что 1 - 14 направляющих аппаратов компрессора оборудованы приводом для их поворота в соответствии с заданным законом через систему управления.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2