Двухкамерная газотурбинная установка

Авторы патента:

F02C6/18 - использование отработанного тепла газотурбинных установок вне их, например газотурбинные теплофикационные установки (использование отработанного тепла в качестве источника энергии для холодильных установок F25B 27/02)

F01K21/04 - работающие на смеси пара и газа; установки, генерирующие или подогревающие пар путем непосредственного контакта воды или пара с горячим газом (парогенераторы с непосредственным контактом вообще F22B)

Владельцы патента RU 2618135:

Иванов Вадим Александрович (RU)

Двухкамерная газотурбинная установка содержит последовательно расположенные компрессор (1), первую камеру сгорания (2), турбину высокого давления (3), вторую камеру сгорания (4), турбину низкого давления (5) и газовоздушный теплообменник (7). Вход в газовую часть теплообменника (7) подключен к выходу из турбины низкого давления (5). Вход в воздушную часть теплообменника подключен к середине компрессора (1), а выход из нее - ко второй камере сгорания (4). Изобретение направлено на уменьшение расхода топлива и повышение КПД установки путем использования тепла отработавшего в турбине газа для подогрева воздуха, отбираемого из середины компрессора на охлаждение второй камеры сгорания. 1 ил.

Изобретение относится к двухкамерным газотурбинным установкам авиационного и наземного применения.

Известны двухкамерные газотурбинные установки, в которых вторая камера сгорания расположена после первой турбины, а воздух на охлаждение второй камеры сгорания отбирают из середины компрессора (Г.Г. Ольховский «Разработка перспективных энергетических ГТУ», Теплоэнергетика №4, 1996 г., стр. 66-75).

Недостатком известных двухкамерных газотурбинных установок является их сравнительно низкий КПД, так как непосредственно в этих установках использование тепла отработавшего в турбинах газа для подогрева циклового воздуха за компрессором принципиально невозможно из-за незначительной разности температур газа за турбиной и воздуха за компрессором при высокой степени повышения давления воздуха в компрессоре, которая также необходима для повышения КПД газотурбинной установки.

Наиболее близкой к заявляемой конструкции является двухкамерная газотурбинная установка, в которой вторая камера сгорания расположена также после первой турбины, а охлаждение первой и второй камер сгорания производится паром, генерируемым в теплообменнике и паровом котле-утилизаторе, использующем для парообразования тепло отработавшего в турбине газа (патент ЕР №0731255 А1).

Недостатком известной конструкции, принятой за прототип, является усложнение конструкции за счет включения в ее состав помимо теплообменника парового котла-утилизатора, пароперегревающего устройства, водяного насоса, резервуара питательной воды и другого водяного оборудования, что делает невозможным использование такого способа эксплуатации в мобильных блочно-модульных наземных и авиационных двухкамерных газотурбинных установках.

Техническая задача, решаемая изобретением, заключается в повышении КПД газотурбинной установки путем использования тепла отработавшего в турбине газа в газовоздушном теплообменнике для подогрева воздуха, отбираемого из середины компрессора на охлаждение второй камеры сгорания, а также упрощение конструкции.

Сущность технического решения заключается в том, что в двухкамерной газотурбинной установке, содержащей последовательно расположенные компрессор, первую камеру сгорания, турбину высокого давления, вторую камеру сгорания, турбину низкого давления и газовоздушный теплообменник, вход в газовую часть которого подключен к выходу из турбины низкого давления, согласно изобретению, вход в воздушную часть теплообменника подключен к середине компрессора, а выход из нее - ко второй камере сгорания.

Подключение входа в воздушной части теплообменника к середине компрессора, а выхода из нее - ко второй камере сгорания дает возможность использования тепла отработавшего в турбине газа для подогрева воздуха, отбираемого из середины компрессора на охлаждение второй камеры сгорания, имеющего более низкую температуру по сравнению с температурой газа за турбиной, за счет чего происходит повышение КПД двухкамерной газотурбинной установки при высокой степени повышения давления воздуха в компрессоре.

На фигуре изображена схема предлагаемой двухкамерной газотурбинной установки.

Двухкамерная газотурбинная установка состоит из компрессора 1, первой камеры сгорания 2, турбины высокого давления 3, второй камеры сгорания 4, турбины низкого давления 5, приводящей компрессор 1 и электрогенератор 6. Установка включает также рекуперативный газовоздушный теплообменник 7, связанный с серединой компрессора 1 каналом 8, с турбиной низкого давления 5 каналом 9 и со второй камерой сгорания 4 каналом 10.

Работает установка следующим образом.

В компрессоре 1 воздух сжимается и поступает в первую камеру сгорания 2, из которой газ высокой температуры поступает в первую турбину 3, где расширяется с понижением температуры и поступает во вторую камеру сгорания 4. После подогрева во второй камере сгорания 4 газ высокой температуры поступает во вторую турбину 5, где расширяется с понижением температуры и по каналу 9 поступает в газовоздушный теплообменник 7. Одна часть воздуха из середины компрессора 1 по каналу 11 подается на охлаждение турбины 5, а другая часть – по каналу 8 в теплообменник 7, где подогревается за счет использования тепла отработавшего в турбине газа, который подается в теплообменник по каналу 9. Подогретый в теплообменнике 7 воздух по каналу 10 подается на охлаждение второй камеры сгорания 4, а затем смешивается с газообразными продуктами сгорания, выходящими из второй камеры сгорания и поступающими в турбину низкого давления 5. В результате чего температура газа на входе в турбину низкого давления 5 повышается по сравнению с ее величиной без подогрева воздуха, охлаждающего вторую камеру сгорания.

Таким образом, для понижения температуры газа на входе в турбину низкого давления до заданной величины уменьшается расход топлива во вторую камеру сгорания, а эффективный КПД установки (отношение свободной мощности второй турбины, идущей на вращение электрогенератора, к теплу, подведенному с расходом топлива в первую по каналу 12 и во вторую по каналу 13 камеры сгорания) увеличивается.

Двухкамерная газотурбинная установка, содержащая последовательно расположенные компрессор, первую камеру сгорания, турбину высокого давления, вторую камеру сгорания, турбину низкого давления и газовоздушный теплообменник, вход в газовую часть которого подключен к выходу из турбины низкого давления, отличающаяся тем, что вход в воздушную часть теплообменника подключен к середине компрессора, а выход из нее - ко второй камере сгорания.

Изобретение относится к способу дооборудования уже существующей газотурбинной электростанции. Способ, в котором осуществляют аэродинамическое соединение эксплуатируемой на объекте газовой турбины простого цикла с трубопроводом дымового газа, пригодным для проведения выработанного газовой турбиной дымового газа, соединение трубопровода дымового газа с устройством выработки пара, которое аэрогидродинамически объединено с водно-паровым контуром устройства выработки электрического тока, аэродинамическое соединение устройства отделения СО2 с трубопроводом дымового газа для отделения СО2 из дымового газа в трубопроводе дымового газа и электрическое соединение устройства выработки электрического тока с устройством отделения СО2, причем электрический ток, вырабатываемый водно-паровым контуром устройства выработки электрического тока, обеспечивает независимое электропитание устройства отделения СО2.

Газоперекачивающий агрегат // 2610631

Изобретение относится к энергетике. Газоперекачивающий агрегат, содержащий воздушный тракт, содержащий, в свою очередь, воздухозаборник, компрессор, камеру сгорания, газовую турбину, вал, соединяющий компрессор и газовую турбину, свободную турбину, соединенную с газовым компрессором, и систему подачи топливного газа в камеру сгорания с топливопроводом, причём система подачи топливного газа содержит электролизер воды и смеситель водорода и кислорода с топливным газом, установленным перед камерой сгорания, при этом к смесителю присоединена система подачи воды.

Способ и устройство для нагружения паровой турбины // 2592569

Изобретение относится к энергетике. Способ нагружения паровой турбины, включающий: прием коэффициента нагружения турбины; прием текущей температуры отработанного пара паровой турбины; определение параметра скорости линейного изменения потока пара и параметра скорости линейного изменения температуры пара частично на основании коэффициента нагружения турбины и текущей температуры отработанного пара паровой турбины, при этом параметр скорости линейного изменения потока пара и параметр скорости линейного изменения температуры пара определяют частично на основании обратного соотношения между параметром скорости линейного изменения потока пара и параметром скорости линейного изменения температуры пара.

Генерирование энергии с использованием ионопроницаемой мембраны // 2588294

Изобретение относится к энергетике. Система для генерирования энергии содержит компрессор, теплообменник и ионопроницаемую мембрану.

Топливная система газопаротурбинной установки и способ ее промывки // 2576398

Топливная система (8) и способ её промывки для газопаротурбинной установки с интегрированной газификацией угля, включающей газовую турбину (1). Топливная система (8) подключена к камере (3) сгорания газовой турбины (1) и содержит устройство (10) для газификации природного топлива и газопровод (9), ответвляющийся от устройства (10) для газификации и соединенный с камерой (3) сгорания газовой турбины (1).

Устройство и способ для производства сингаза и продуктов из него // 2573877

Изобретение относится к способу и устройству реформинга углеводородов. Способ включает сжигание расширенного выпуска из турбины и первого топлива внутри первой реформинг-установки, чтобы произвести отработавший газ.

Способ эксплуатации газотурбинной комбинированной теплоэлектростанции и газотурбинная комбинированная теплоэлектростанция // 2569130

Способ эксплуатации газотурбинной комбинированной теплоэлектростанции, содержащей компрессорную установку и турбинную установку, заключается в том, что полезную работу отбирает по меньшей мере одно устройство, имеющееся в станции, при котором производят топочные газы камерой сгорания, установленной перед турбинной установкой.

Экологически чистая энергетическая установка на основе камеры детонационного горения // 2564658

Изобретение относится к области энергетики и двигателестроения и предназначено в качестве энергоустановки для генерации тепловой и электрической энергии. Установка содержит детонационную камеру бескислородного разложения ацетилена на газообразный водород и углерод в виде наночастиц, которая соединена с сепаратором для отделения углерода.

Парогазовая установка с пароприводным дозатором-компрессором газового топлива // 2550214

Изобретение относится к энергетике. Парогазовая установка с пароприводным дозатором-компрессором газового топлива содержит газотурбинный двигатель с камерой сгорания и регулирующим клапаном по топливу, турбогенератор, энергетическую паровую турбину, установленную на валу турбогенератора, котел-утилизатор с паровыми контурами одного или более давлений, систему трубопроводов газа, пара и воды с регулирующей и запорной арматурой, причём установка также содержит компенсационную турбину, установленную на одном валу с приводной паровой турбиной и дозатором-компрессором в общем герметичном корпусе со стороны дозатора-компрессора.

Теплофикационная газотурбинная установка // 2549743

Изобретение относится к энергетике. Теплофикационная газотурбинная установка, содержащая компрессор, соединенный последовательно с камерой сгорания, газовой турбиной и электрогенератором, к выхлопу газовой турбины подключен паровой котел-утилизатор, соединенный по пару с тепловым потребителем, причем она дополнительно содержит паровую турбину с конденсатором, соединенную через эластичную гидромуфту с валом компрессора, при этом выход котла-утилизатора соединен с входом паровой турбины паропроводом, на входе в котел-утилизатор установлена камера дожигания.

Электрогенерирующее устройство с высокотемпературной парогазовой конденсационной турбиной // 2616148

Изобретение относится к области энергетики, а точнее к энергетическим установкам, работающим на твердом топливе и на природном газе. Устройство содержит магистральный газопровод природного газа, воздухоразделительную установку для производства кислорода высокого давления, электроприводные и пароструйные компрессоры сжатия природного газа и кислорода, охладители природного газа и кислорода, твердотопливный паровой котел, высокотемпературный перегреватель парогазовой смеси высокого давления, высокотемпературную конденсационную парогазовую турбину с электрогенератором, согласно изобретению в ней дополнительно применены пароструйные компрессоры природного газа и кислорода, высокотемпературный перегреватель парогазовой смеси среднего давления, вихревой разделитель перегретого пара и углекислого газа, турбина углекислого газа, твердотопливный паровой котел с естественной циркуляцией, природный газ из магистрального газопровода и кислород из воздухоразделительной установки сжимают в электроприводных компрессорах природного газа и кислорода, охлаждают их в охладителях природного газа и кислорода, сжимают в пароструйных компрессорах природного газа и кислорода, подают в высокотемпературный перегреватель парогазовой смеси высокого давления, в продукты их сгорания подают перегретый пар из пароперегревателя парового котла, насыщенный пар из барабана которого используют как инжектирующий агент в пароструйных компрессорах природного газа и кислорода.

Способ комбинированной выработки электроэнергии, тепла и холода в парогазовой установке с инжекцией пара и парогазовая установка для его реализации // 2611921

Изобретение относится к области энергетики и может быть использовано при создании новых и совершенствовании действующих парогазовых установок (ПГУ) контактного типа (ПГУ-К), предназначенных для выработки электроэнергии и тепла, а также в качестве силового привода, например, компрессоров газоперекачивающих станций магистральных газопроводов.

Способ работы парогазового турбинного двигателя и двигатель // 2583493

Группа изобретений относится к области двигателестроения, конкретно касается парогазовых турбинных двигателей. В способе работы парогазового турбинного двигателя, заключающемся в том, что образуют парогазовую смесь - рабочее парогазообразное тело, которое направляют в турбину, в которой энергию потока парогазовой смеси преобразуют в механическую энергию вращения ротора турбины, дополнительно осуществляют циклическое образование топливовоздушной смеси в цилиндре с последующим ее сжатием и воспламенением в камере сгорания, осуществляют полное сгорание топливовоздушной смеси в дополнительной камере сгорания с образованием парогазовой смеси, а ротор турбины используют в качестве привода.

Парогазовая установка // 2561780

Парогазовая установка // 2561776

Изобретение относится к области теплоэнергетики и предназначено для использования на тепловых электростанциях. Парогазовая установка содержит газотурбинную установку, связанную газоходом с котлом-утилизатором, в который встроены связанные между собой поверхности нагрева первого экономайзера, испарителя и пароперегревателя, который паропроводом связан с паровой турбиной высокого давления.

Способ работы парогазовой установки // 2561770

Изобретение относится к энергетике. Способ работы парогазовой установки (ПГУ) обеспечивается путем выполнения догревающего теплообменника охлаждения парогазовой смеси на выходе из турбины высокого давления в виде двух последовательно расположенных теплообменников с соответствующим перераспределением потоков нагреваемой воды, из которой генерируется охлаждающий водяной пар.

Тепловой привод // 2555630

Изобретение относится к устройствам, преобразующим тепловую энергию в механическую, а более конкретно к тепловому приводу, обеспечивающему утилизацию тепла отводящих газов котельной и использование их энергии для привода, например конвейера удаления шлама.

Способ работы парогазовой энергетической установки и устройство для его осуществления // 2555609

Изобретение относится к энергетике. Способ работы парогазовой энергетической установки, при котором охлаждение расширенного рабочего тела, после выработки пара, производят в теплофикационном теплообменнике, а конденсацию его паровой составляющей осуществляют в контактном охладителе-конденсаторе за счет впрыска охлаждающей воды; меньшую часть выработанного пара расширяют в паровой турбине до давления, превышающего давление сжатого воздуха в камере сгорания, а его большую часть до давления, превышающего давление в камере дожигания; тепловую энергию сжатого осушенного рабочего тела утилизируют для подогрева части водного конденсата, используемого для генерирования пара.

Регенерация энергии // 2548026

Изобретение относится к способу регулируемой регенерации энергии реакции окисления, при которой образуется газовый поток, каковую реакцию осуществляют в реакторе окисления непрерывного действия, в который подают газообразный окислитель.

Гибридная энергетическая установка // 2636599

Изобретение относится к оборудованию для генерации энергии в области альтернативной, а именно водородной энергетики, и может быть использовано для получения электрической и/или механической энергии. Установка содержит реактор, связанный с блоком подготовки суспензии, смонтированный в газостатических подшипниках вал, на одном конце которого установлено Сегнерово колесо, имеющее возможность соединения с потребителем или преобразователем энергии, а другой связан с воздушным компрессором, блок разделения смеси пара, водорода и оксидов алюминия на водород, оксиды алюминия и воду, вход которого связан с Сегнеровым колесом, камеру сгорания, входы которой связаны с блоком разделения для подачи в камеру сгорания водорода и воды, а также связанную с воздушным компрессором для подачи воздуха, а выход камеры сгорания связан с парогазовой турбиной. Установка оснащена дополнительными турбиной, работающей на смеси пара, водорода и оксидов алюминия, и воздушным компрессором, роторы которых соединены посредством смонтированного в газостатических подшипниках вала, причем вход указанной дополнительной турбины связан с выходом реактора, а выход дополнительного воздушного компрессора связан с газостатическими подшипниками валов. Заявленная установка обеспечивает высокоэффективную выработку энергии, а также утилизацию алюминиевой пудры в различных соотношениях с последующей выработкой водорода и использование энергии при его сжигании. За счет применения двух контуров обеспечивается плавная регулировка установки по выходной мощности с сохранением максимальной эффективности работы. Одновременно решаются задачи снижения частоты вращения вала за счет снижения пиковых нагрузок и оптимальных условий работы газостатических подшипников, что увеличивает ресурс работы установки. 1 ил.