Способ работы газотурбинной установки

 

Изобретение относится к газотурбинным установкам и может быть использовано при создании наземных агрегатов для получения электричества и тепла с высокой эффективностью и при высоких экологических показателях. Турбодетандер 4, совмещенный по валу с газотурбинной установкой (ГТУ), работает на воздухе повышенного давления от автономного воздушного компрессора 5. Охлажденный против атмосферного воздух после турбодетандера 4 направляют на вход 2 воздушного компрессора газотурбинной установки 1. Мощности ГТУ 1 и турбодетандера 4 передаются электрогенератору 3, а тепло воздуха повышенного давления системе 8 через теплообменник 6. Изобретение позволяет повысить эффективность, надежность и расширить пределы применимости газотурбинной установки. 1 ил.

Изобретение относится к газотурбинным установкам. Может быть использовано при создании наземных установок по получению электроэнергии и тепла с высокой эффективностью и при высоких экологических показателях, особенно при их работе вблизи локальных нефтегазовых месторождений.

Известен способ эффективного использования турбокомпрессорных установок для снижения давления природного газа на газораспределительных станциях (ГРС) взамен редукторов давления клапанного типа. Так, по техническому решению, принятому за аналог и представленному в патенте ФРГ N2833136 МКИ - F 01 K 27/00, 1980 год, турбина природного газа вращает компрессор и электрогенератор, причем тепло закомпрессорного воздуха используется для подогрева природного газа на выходе из турбодетандера. Недостатком аналога является низкий удельный съем электрической энергии с одного килограмма природного газа избыточного давления.

Известен эффективный способ повышения удельного съема электроэнергии при снижении давления природного газа на ГРС, основанный на совмещении работы турбодетандера природного газа при снижении давления природного газа в нем на ГРС и работы газотурбинного двигателя с поддержанием постоянного давления на выходе из турбодетандера, причем работу газотурбинного двигателя осуществляют при его изменяемой мощности, вплоть до ее нулевого значения с поддержанием температуры природного газа на выходе из турбодетандера не ниже 273 К. Этот способ принят за прототип и представлен в патенте РФ по заявке N 94031038 с приоритетом от 23 августа 1994 года.

Однако недостатками способа работы газотурбинной установки по прототипу является низкая ее надежность работы и ее привязанность к ГРС, что приводит к узким пределам применимости.

Изобретение ставит задачи повышения эффективности, надежности и расширения пределов применимости способа работы газотурбинной установки. Поставленные задачи решаются тем, что взамен природного газа используют воздух повышенного давления, который получают от автономного воздушного компрессора и направляют через температуропонижающий теплообменник в турбодетандер и после его прохождения воздух пониженных температуры и давления направляют на вход в воздушный компрессор газотурбинного двигателя.

Таким образом, предлагаемый способ работы газотурбинной установки заключается в совмещении работы турбодетандера и работы газотурбинной установки, причем в турбодетандер направляют воздух повышенного давления от автономного воздушного компрессора через температуропонижающий теплообменник и воздух после прохождения турбодетандера направляют на вход в воздушный компрессор газотурбинной установки.

Заявителю неизвестны технические решения, признаки, схожие с признаками, отличающими заявленное решение от прототипа, что позволяет считать предложенное решение патентоспособным.

Конструктивная схема установки, реализующая предложенный способ работы газотурбинной установки, представлена на чертеже. Она включает газотурбинную установку 1 со входной частью 2 воздушного компрессора и с электрогенератором 3, турбодетандер 4, автономный воздушный компрессор 5, температуропонижающий теплообменник 6, систему 7 подачи природного газа в газотурбинную установку 1, систему 8 потребления тепла.

Работа установки, схематично представленной на чертеже, осуществляется следующим образом. Через систему 7 в установку 1 подается природный газ и осуществляется ее запуск. Одновременно включается в работу автономный воздушный компрессор 5, воздух повышенного давления из которого поступает через теплообменник 6, передающий тепло системе 8, в турбодетандер 4 и затем после него во входную часть 2 воздушного компрессора ГТУ. В компрессоре 5 повышаются давление и температура воздуха, поступающего из окружающей среды. Этот воздух в теплообменнике 6 снижает свою температуру с передачей тепла системе 8 и с повышенным (против атмосферного) давлением поступает в турбодетандер 4. В турбодетандере 4 снижаются давление воздуха и его температура до значения, меньшего температуры окружающей среды. Во входной части 2 охлажденный воздух после турбодетандера 4 смешивается со всасываемым воздухом окружающей среды, в результате чего снижается средняя температура воздуха, поступающего в воздушный компрессор ГТУ, против температуры окружающей среды. Турбодетандер 4 может иметь регулируемый сопловой аппарат, с помощью которого может регулироваться давление и температура воздуха после турбодетандера.

В результате работы установки 1, турбодетандера 4, теплообменника 6 и компрессора 5 вырабатываются механическая работа, воспринимаемая электрогенератором 3, и тепло, воспринимаемое системой 8. Такое взаимодействие основных узлов в представленной на чертеже схеме энергетической установки дает приращение полезного эффекта от работы газотурбинной установки 1 по следующим составляющим: от снижения температуры воздуха, поступающего во входную часть 2 воздушного компрессора; от работы турбодетандера 4; от работы теплообменника 6.

В итоге затраченная мощность (АВК) автономного воздушного компрессора 5, отнесенная к сумме перечисленных составляющих, дает представление о коэффициенте кет полезного использования мощности АВК. Результаты проведенных расчетов в диапазоне изменения температуры Tн* окружающей среды 293...318 К показали возможность получения величины кет на уровне 200 процентов при оптимальной степени повышения давления АВК вблизи 2 при следующих параметрах и условиях работы установки по чертежу: коэффициент восстановления полного давления воздуха в магистрали от АВК до турбодетандера составляет 0,9; температура воздуха за теплообменником 6 равна температуре Tн*; произведение КПД АВК и турбодетандера равно 0,6; все тепло закомпрессорного воздуха АВК воспринимается системой 8; происходит полное смешение воздуха за турбодетандером и всасываемого в воздушный компрессор ГТУ.

Надежность предлагаемого способа против прототипа повышается за счет замены природного газа в турбодетандере на воздух повышенного давления, эффективность его подтверждена расчетом, а расширение пределов применимости - за счет АВК.

Предложенный способ работы газотурбинной установки при использовании в качестве базы передвижной автоматизированной электростанции мощностью 2,5 МВт (ПАЭС-2500) принят к реализации в ЗАО НГТ "Энергия" (г. Славянск на Кубани). Изготовлен и поставлен заказчику опытный образец ПАЭС-2500, совмещенный с турбодетандером. Опытно-промышленные испытания планируется провести в 1998 году.

Формула изобретения

Способ работы газотурбинной установки, заключающийся в совмещении работы турбодетандера и работы газотурбинной установки (ГТУ), направлении в турбодетандер воздуха повышенного давления от автономного воздушного компрессора через температуропонижающий теплообменник и в направлении воздуха после прохождения турбодетандера на вход в воздушный компрессор ГТУ, отличающийся тем, что регулирование температуры и давления воздуха осуществляют с использованием регулируемого соплового аппарата и направленный после турбодетандера воздух смешивают с воздухом, всасываемым в воздушный компрессор ГТУ.

РИСУНКИ

Рисунок 1



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области холодильной техники, а именно к устройствам, предназначенным для охлаждения атмосферного воздуха, поступающего в салоны наземного транспорта, в производственные помещения горячих цехов, шахты, а также воздуха в хирургических операционных высокостерильных помещениях с сильным освещением и герметизацией для сохранения стерильности

Изобретение относится к области устройств для понижения давления в магистральных газопроводах

Изобретение относится к способам для разделения компонентов дымовых газов и может быть использовано для одновременного производства тепла, холода и электроэнергии, а также для получения жидкого диоксида углерода, в частности, в целях предотвращения выбросов диоксида углерода в атмосферу посредством его закачки в смеси с водой в глубинные пласты земной коры, например в дно морей и шельфы океанов

Изобретение относится к воздушным турбохолодильным установкам, предназначенным для одновременного получения холода и тепла

Изобретение относится к холодильной технике и может быть использовано в системах кондиционирования воздуха и в системах, предназначенных для охлаждения и замораживания различных продуктов

Изобретение относится к холодильной технике и может быть использовано в системах кондиционирования воздуха и в холодильных системах, предназначенных для охлаждения и замораживания различных продуктов

Изобретение относится к отопительной и холодильной технике, представляет собой бесфреоновый тепловой насос с силовым приводом и может найти применение при создании кондиционеров и агрегатов для воздушного обогрева и охлаждения жилых и производственных помещений

Изобретение относится к области энергетики, более конкретно к газотурбинным установкам, работающим на твердом, жидком или газообразном топливе, в том числе на продуктах газификации угля, и может найти применение при создании сравнительно простых стационарных или мобильных энергоустановок различной единичной мощности

Изобретение относится к области двигателестроения, в частности к авиационным одноконтурным газотурбинным двигателям, служащим приводом электрогенератора, нагнетателя газа или водяного подкачивающего насоса

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано на тепловых электрических станциях

Изобретение относится к авиадвигателестроению

Способ рекуперации энергии при сжатии газа компрессорной установкой (1), имеющей две или более ступеней сжатия. Каждая из ступеней образована компрессором (2, 3). По потоку после каждого из компрессоров расположен теплообменник (4, 5) с первой и второй частями. Охлаждающий агент направляют последовательно через вторую часть, по меньшей мере, двух теплообменников (4, 5). Последовательность, в соответствии с которой направляют охлаждающий агент через теплообменники (4, 5), выбирается таким образом, чтобы температура на входе в первую часть, по меньшей мере, одного последующего теплообменника была выше или равна температуре на входе в первую часть предшествующего теплообменника, при рассмотрении в направлении потока охлаждающего агента. Имеется, по меньшей мере, один теплообменник (4 и/или 17) с третьей частью для охлаждающего агента. В результате можно регенерировать больше энергии по сравнению с существующими способами рекуперации энергии. 24 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к компрессоростроению и может быть использовано в теплоэнергетике, газоперекачивающих станциях, наземных и судовых транспортных средствах в стационарных газотурбинных установках, имеющих в своем составе осевой многоступенчатый компрессор. Способ повышения эффективности работы осевого многоступенчатого компрессора осуществляется путем впрыска воды. Воду в воздушный поток подают через калиброванные выпускные каналы, выполненные на поверхности лопаток направляющего аппарата. Впрыск воды проводят при температуре насыщения, соответствующей сумме локального давления в ступенях компрессора и перепада давления в указанных выпускных каналах. Впрыск воды начинают проводить в ступенях компрессора, где температура среды становится выше температуры насыщения воды при локальном давлении в ступенях компрессора. Достигается уменьшение потребляемой компрессором мощности за счет определения оптимальных места и параметров впрыскиваемой воды в проточную часть многоступенчатого компрессора. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к области энергетики. При работе газотурбинной установки охлаждение сжатого воздуха в смесительных камерах турбокомпрессора осуществляют путем подачи в смесительные камеры незамерзающего при минусовых температурах окружающей среды антифриза в виде капель размером 20-500 мкм и полного вывода антифриза из смесительных камер с помощью сепарационно-вихревых устройств после безыспарительного нагрева антифриза. Безыспарительность контактным капельным охлаждением сжатого воздуха обеспечивается расходом хладагента, при котором влагосодержание воздуха на входе в смесительную камеру практически равно на выходе из нее. Кроме того поддерживается изотермичность процесса сжатия в пределах 1-10°C. Выведенный из смесительных камер нагретый антифриз направляют в повторный оборот, предварительно охлаждая его воздухом окружающей среды в автономном теплообменном устройстве до температуры выше, чем температура окружающей среды на 1-8°C. Изобретение позволяет повысить эффективность газотурбинной установки за счет снижения температуры изобарного охлаждения сжатого воздуха в смесительных камерах турбокомпрессора. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к энергетике. Способ эксплуатации газотурбинной установки, в которой сжатый воздух выходит из компрессора и подается для охлаждения термически нагруженных компонентов камеры сгорания или турбины. При этом, по меньшей мере, один поток охлаждающего воздуха предназначен для достижения конкретных эксплуатационных задач, а именно направляется из компрессора или стороны выпуска компрессора на термически нагруженные компоненты. Также представлена газотурбинная установка для осуществления способа согласно изобретению. Изобретение позволяет достичь эксплуатационной гибкости при регулировании системы воздушного охлаждения. 2 н. и 11 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к газотурбинным установкам и может быть использовано при создании наземных агрегатов для получения электричества и тепла с высокой эффективностью и при высоких экологических показателях

Наверх