Газотурбинная установка

 

Газотурбинная установка с регулированием тепловой мощности, относящаяся к энергетическому машиностроению и, в частности, к энергетическим установкам стационарного и транспортного назначения, содержит газотурбинный блок, включающий компрессор, камеру сгорания, турбину, и установленный последовательно с ним по газу регенератор, утилизационный теплообменник. Регенератор сообщен подводящим воздуховодом с выходом компрессора, а отводящим воздуховодом с камерой сгорания. Газотурбинная установка снабжена соединяющим подводящий и отводящий воздуховоды байпасным воздуховодом и устройством для регулирования расхода воздуха, проходящего по отводящему и байпасному воздуховодам. Устройство для регулирования расхода воздуха может быть выполнено в виде трехходового клапана, установленного в месте соединения байпасного и отводящего воздуховодов, или в виде установленных в байпасном и отводящем воздуховодах отдельных регулирующих клапанов. Изобретение позволяет при сезонном изменении температуры наружного воздуха зимой увеличивать количество производимой ГТУ тепловой энергии, а летом (при снижении потребности в теплоте) производить электрическую энергию с большим КПД (при меньшем расходе топлива). При этом регулирование реализуется практически без заметного увеличения габаритов и массы ее оборудования и без снижения надежности арматуры и ГТУ в целом. 2 ил.

Предлагаемое техническое решение относится к энергетическому машиностроению и может быть использовано в качестве энергетической установки стационарного и транспортного назначения.

Предпочтительное применение - энергетические установки теплоэлектроцентралей (ТЭЦ), для которых характерно значительное сезонное изменение потребностей в производимых тепловой и электрической энергиях.

Известно, что высокой экономичностью обладают газотурбинные установки (ГТУ) регенеративного типа с утилизацией теплоты отходящих от турбины газов. Наличие регенератора в составе ГТУ не только существенно повышает ее КПД, но и позволяет за счет изменения его эффективности (степени регенерации) воздействовать на мощность ГТУ. Регулированием расхода горячих газов, направляемых к регенератору, на всережимной корабельной ГТУ RM-60 мощностью 4МВт осуществлялся переход с режима максимальной мощности на более экономичные режимы меньших мощностей (Шварц В.А. Конструкции ГТУ. М.: Машиностроение, 1970, с. 362, 363).

Более глубокая утилизация теплоты выпускных газов свойственна ГТУ ТЭЦ. Они, как правило, имеют в своем составе воздухоподогреватели и теплообменники для нагрева сетевой воды или получения пара. С помощью системы шиберов, управляющих потоком горячих газов, обеспечиваются различные режимы работы ГТУ. Например:

- без регенерации и теплофикации;

- с регенерацией, но без теплофикации;

- без регенерации, но с теплофикацией;

- с регенерацией и теплофикацией.

Такая система (Шварц В.А. Конструкции ГТУ М.: Машиностроение, 1970, стр.13, рис. 5) дает наглядное представление о соотношении габаритных размеров газовых и воздушных магистралей; кроме того, обращают на себя внимание размеры регулирующих шиберов, находящихся в потоке горячих газов, как правило, с неравномерным распределением температуры и, следовательно, подверженных короблению, разгерметизации, заклиниванию в процессе эксплуатации ГТУ. Это, в конечном счете, снижает ее надежность.

Байпасирование газового тракта регенератора с целью управления тепловой мощностью реализовано в ГТУ, конструктивная схема которой приведена в патенте США № 5396760 от 14.03.95.

Показано, что установка газовых дисковых затворов в байпасной магистрали требует профилирования участков входа газа в регенератор и байпас. Это, кроме роста габаритов и массы трубопроводов, приводит к усложнению их конструктивного выполнения.

Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемой полезной модели является ГТУ ТЭЦ с регулированием тепловой мощности (патент США № 5193337, опубл. 16.03.93), состоящая из газотурбинного блока, регенератора, соединенного с газотурбинным блоком газоходом с регулируемым байпасом и отводящими и подводящими воздушными трубопроводами, а также теплообменника-утилизатора теплоты выпускных газов. Клапан, установленный на газовом байпасе, осуществляет регулирование расхода газа, проходящего через регенератор, тем самым, его степени регенерации и температуры газа за ним. Открытие клапана приводит к росту температуры газа перед теплообменником-утилизатором, а значит, к увеличению его тепловой мощности.

Применение газового регулирования ведет к повышению массогабаритных показателей установки. Это связано с тем, что объемный расход газа, имеющего высокую температуру (tГ=500...600°C) и низкое (близкое к атмосферному) давление, из-за малой его плотности весьма велик (объемный расход газа много больше объемного расхода сжатого воздуха). Для пропуска газа по байпасному газоходу последний должен иметь большие размеры поперечного сечения. Как следствие, велики и размеры регулирующего органа клапана, находящегося под воздействием высокой температуры газового потока, что снижает эксплуатационную надежность ГТУ в целом. Кроме того, высокая температура среды в газовом байпасе, их значительная поверхность (даже при наличии изоляции) приводят к росту тепловых потерь, к увеличению затрат энергии на вентиляцию и обеспечение приемлемого микроклимата в помещении ТЭЦ.

Предлагаемым изобретением решается задача снижения габаритов регулируемой регенеративной ГТУ, упрощения конструкции и повышения надежности регулирующих клапанов и установки в целом.

Для решения указанной задачи газотурбинная установка с регулированием тепловой мощности, содержащая газотурбинный блок, включающий компрессор, камеру сгорания и турбину, установленный последовательно с ним по газу регенератор, сообщенный подводящим воздуховодом с выходом компрессора, а отводящим воздуховодом с камерой сгорания, и утилизационный теплообменник, снабжена соединяющим подводящий и отводящий воздуховоды байпасным воздуховодом и устройством для регулирования расхода воздуха, проходящего по отводящему и байпасному воздуховодам, которое выполнено или в виде трехходового клапана, установленного в месте соединения байпасного и отводящего воздуховодов, или в виде установленных в байпасном и отводящем воздуховодах отдельных регулирующих клапанов.

Предлагаемое техническое решение отличается от прототипа тем, что в нем отсутствуют громоздкие байпасные газовые магистрали. В связи с тем, что давление сжатого воздуха существенно выше давления выпускных газов, габариты, масса трубопроводов и арматура значительно меньше. Нет потребности в дополнительной изоляции, практически не увеличиваются тепловыделения в помещении станции.

При улучшении массогабаритных характеристик байпасной линии упрощается обслуживание и повышается надежность регулирующего клапана и ГТУ в целом.

На фиг.1, 2 изображены принципиальные схемы газотурбинных установок с одним (фиг.1) и двумя (фиг.2) клапанами, используемыми для регулирования расхода воздуха, подаваемого к регенератору.

ГТУ (фиг.1, 2) содержит газотурбинный блок (ГБ) 1, имеющий в своем составе компрессор 2, камеру сгорания 3 и газовую турбину 4. Последовательно с ГБ 1 по газу установлены регенератор 5 и утилизационный теплообменник 6. Регенератор 5 сообщен подводящим воздуховодом 7 с выходом компрессора 2 и отводящим воздуховодом 8 с камерой сгорания 3. Подводящий 7 и отводящий 8 воздуховоды соединены байпасным воздуховодом 9. При этом ГТУ снабжена устройством для регулирования расхода воздуха, проходящего по отводящему 8 и байпасному 9 воздуховодам, которое может быть выполнено в виде трехходового клапана 10 (фиг.1), установленного в месте соединения отводящего 8 и байпасного 9 воздуховодов, или в виде отдельных регулирующих клапанов 11 и 12 (фиг.2), установленных в каждом из этих воздуховодов.

При эксплуатации ГТУ (фиг.1) отработавшие газы от ГБ 1 поступают в газовый тракт регенератора 5, отдают теплоту воздуху, охлаждаются и направляются к утилизационному теплообменнику 6.

Сжатый воздух от компрессора 2 движется по подводящему воздуховоду 7 к регенератору 5, нагревается, воспринимая теплоту от газов, и по отводящему воздуховоду 8 через трехходовой клапан 10 поступает к камере сгорания 3.

За счет перемещения регулирующего органа клапана 10 осуществляется открытие байпасного воздуховода 9 и прикрытие отводящего воздуховода 8, по которому воздух подводится к ГБ 1. При этом изменяется расход воздуха, движущегося в воздушном тракте регенератора 5 и охлаждающего горячие газы. Вследствие этого изменяется температура газов за регенератором 5 и тепловая мощность утилизационного теплообменника 6. Наряду с изменением теплоты отходящих из регенератора 5 газов меняется температура воздуха, направляемого в ГБ 1, а значит, степень регенерации ГТУ, ее электрический КПД.

При эксплуатации ГТУ (фиг.2) регулирование расхода воздуха, подаваемого к регенератору 5, осуществляется регулирующим клапаном 11, установленным на байпасном воздуховоде 9, и регулирующим клапаном 12, установленным на отводящем воздуховоде 8.

При такой схеме может быть осуществлено как одновременное, так и последовательное по времени управление клапанами 11 и 12. В последнем случае, при открытом клапане 12 на отводящем воздуховоде 8 открывают клапан 11 на байпасном воздуховоде 9, а затем, при полностью открытом клапане 11, закрывают клапан 12. Это обеспечивает изменение температуры газов за регенератором 5 и тепловой мощности утилизационного теплообменника 6.

Предлагаемое техническое решение позволяет при сезонном изменении температуры наружного воздуха: зимой увеличивать количество производимой ГТУ тепловой энергии, а летом (при снижении потребности в теплоте) - производить электрическую энергию с большим КПД (при меньшем расходе топлива).

Такое регулирование ГТУ реализуется практически без заметного увеличения габаритов и массы ее оборудования и без снижения надежности арматуры и ГТУ в целом.

Формула изобретения

Газотурбинная установка с регулированием тепловой мощности, содержащая газотурбинный блок, включающий компрессор, камеру сгорания и турбину, установленный последовательно с ним по газу регенератор, сообщенный подводящим воздуховодом с выходом компрессора, а отводящим воздуховодом с камерой сгорания, и утилизационный теплообменник, отличающаяся тем, что она снабжена соединяющим подводящий и отводящий воздуховоды байпасным воздуховодом и устройством для регулирования расхода воздуха, проходящего по отводящему и байпасному воздуховодам, которое выполнено или в виде трехходового клапана, установленного в месте соединения байпасного и отводящего воздуховодов, или в виде установленных в байпасном и отводящем воздуховодах отдельных регулирующих клапанов.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области теплоэнергетики

Изобретение относится к области энергомашиностроения, а именно к проблеме вредного экологического воздействия газотурбинных установок (ГТУ) на окружающую среду, в первую очередь, выбросов окислов азота

Изобретение относится к энергетическим и транспортным установкам и касается газотурбинных установок

Изобретение относится к энергетическим и транспортным установкам и касается газотурбинных установок, использующих продукты сгорания топлива

Изобретение относится к энергосберегающим технологиям в области теплоэнергетики, в частности к утилизации тепла газов

Изобретение относится к энергетическим установкам и может быть использовано при создании наземных установок для получения электроэнергии и тепла с высокой эффективностью и при высоких экологических показателях, в том числе и при утилизации твердых бытовых и промышленных отходов (ТБО)

Изобретение относится к области энергетического машиностроения и может быть использовано в качестве энергетической установки стационарного или транспортного назначения в качестве основного, резервного и аварийного источника электроэнергии и тепла

Малоразмерный газотурбинный двигатель с регенерацией тепла содержит компрессор с входным устройством, газовоздушный рекуперативный теплообменник, камеру сгорания, турбину привода компрессора и свободную турбину привода потребителя эффективной мощности, расположенные в едином корпусе с газосборником. Теплообменник установлен после турбин, соединен входом воздуха с выходом компрессора через воздушную полость, а выходами - с входами жаровых труб камеры сгорания и соединен входами газовых каналов с выходом свободной турбины, а выходами - с газосборником двигателя. Камера сгорания выполнена трубчато-кольцевой, а теплообменник - из модулей. Жаровые трубы камеры сгорания и модули теплообменника интегрированы в единый узел. При этом модули теплообменника и жаровые трубы камеры сгорания равномерно расположены по окружности. Жаровые трубы размещены между модулями теплообменника. Выходы воздуха модулей теплообменника гидравлически соединены с входами жаровых труб камеры сгорания через кольцевой воздушный коллектор. Выходы жаровых труб подключены к турбине привода компрессора через индивидуальные газоходы. Вал свободной турбины соединен с потребителем эффективной мощности через редуктор с выводным валом. Изобретение позволяет повысить экономичность, уменьшить габаритные размеры и массу двигателя. 3 ил.

Регенеративная газотурбодетандерная установка собственных нужд компрессорной станции содержит газопровод топливного газа высокого давления, связанный с магистральным газопроводом высокого давления, турбодетандер с регулируемым сопловым аппаратом, компрессор, камеру сгорания, газовую турбину, электрогенератор, газопровод топливного газа среднего давления, утилизационный подогреватель топливного газа высокого давления, редукционное устройство. Газопровод топливного газа высокого давления через утилизационный подогреватель топливного газа высокого давления связан с входом турбодетандера, выход которого через трубопровод топливного газа среднего давления связан с камерой сгорания. В газопровод топливного газа высокого давления подают весь топливный газ высокого давления для всех газоперекачивающих агрегатов компрессорной станции и газотурбодетандерной установки. Регенеративная газотурбодетандерная установка дополнительно снабжена регенеративным воздухоподогревателем, утилизационным подогревателем топливного газа среднего давления, газоводяным подогревателем топливного газа, утилизационными теплообменниками выхлопных газов газоперекачивающих агрегатов. Ротор турбодетандера связан общим валом с ротором компрессора газотурбодетандерной установки, а ротор газовой турбины связан общим валом с ротором электрогенератора. В выхлопном газоходе газовой турбины по ходу газов установлены регенеративный воздухоподогреватель, утилизационный подогреватель топливного газа высокого давления и утилизационный подогреватель топливного газа среднего давления. Газопровод топливного газа высокого давления через утилизационный подогреватель топливного газа высокого давления соединен с входом турбодетандера, выход которого через утилизационный подогреватель топливного газа среднего давления и газоводяной подогреватель топливного газа связан газопроводом топливного газа с камерами сгорания газотурбодетандерной установки и с камерами сгорания газоперекачивающих агрегатов. Утилизационные теплообменники выхлопных газов газоперекачивающих агрегатов соединены трубопроводами теплоносителя с газоводяным подогревателем топливного газа. Газопровод топливного газа высокого давления соединен через редукционное устройство с газопроводом топливного газа. Изобретение позволяет увеличить мощность и КПД газотурбодетандерной установки. 1 ил.

Компрессорная станция магистрального газопровода с газотурбодетандерной энергетической установкой снабжена газотурбинными газоперекачивающими агрегатами с нагнетателями природного газа и аппаратами воздушного охлаждения. Газотурбодетандерная энергетическая установка содержит газопровод топливного газа высокого давления, сепаратор, теплообменник-регенератор, турбодетандер с регулируемым сопловым аппаратом и устройством для его управления, газотурбинную установку. Газопровод топливного газа высокого давления соединен через сепаратор и теплообменник-регенератор с входом турбодетандера и обеспечивает топливоснабжение газотурбодетандерной энергетической установки и всех газоперекачивающих агрегатов компрессорной станции. Газотурбодетандерная энергетическая установка выполнена регенеративной и дополнительно снабжена эжекторной турбохолодильной машиной с низкотемпературным рабочим телом. Выход турбодетандера соединен через газопровод топливного газа среднего давления, газопровод топливного газа газотурбодетандерной установки с камерой сгорания этой установки, а также через газопроводы топливного газа с камерами сгорания газотурбинных газоперекачивающих агрегатов. Выхлопной газоход газовой турбины газотурбодетандерной энергетической установки связан с атмосферой через дополнительный регенеративный воздухоподогреватель и теплообменник-регенератор. Изобретение направлено на повышение мощности и экономичности газотурбодетандерной установки и газоперекачивающих агрегатов компрессорной станции. 2 ил.

Изобретение относится к энергетике. Система для постепенного окисления топлива включает в себя окислительный реактор, который имеет реакционную камеру с входным отверстием и выходным отверстием. Реакционная камера выполнена с возможностью приема текучей среды, содержащей окисляемое топливо, через входное отверстие. Окислительный реактор выполнен с возможностью поддержания процесса беспламенного окисления. Система также включает в себя камеру сгорания со входным отверстием и выходным отверстием. Входное отверстие камеры сгорания находится в гидравлическом сообщении с выходным отверстием реакционной камеры. Камера сгорания выполнена с возможностью приема текучей среды из реакционной камеры и избирательного нагрева текучей среды. Также представлены способ запуска постепенного окисления в газовой турбине и вариант системы для постепенного окисления топлива. Изобретение позволяет обеспечить улучшенное управление процессом окисления топлива. 3 н. и 28 з.п. ф-лы, 21 ил.

Газотурбинная установка

Наверх