RU2087734C1 - Gas-turbine plant - Google Patents

Abstract

FIELD: gas-turbine plants with combined generation of gas-transfer and electric power. SUBSTANCE: gas-turbine plant includes multi-stage compressor connected to expansion machine by means of air duct fitted with heat exchanger and to gas turbine by means of pipe line fitted with combustion chamber. Gas turbine is connected with payload by means of shaft. Exhaust line of gas turbine is connected to atmosphere. Load regulator mounted on gas duct is connected to pipe line and air duct after combustion chamber and after heat exchanger respectively. Cooling line of heat exchanger is connected to exhaust line of gas turbine. Expansion machine is made in form of gas-turbo- expander and its outlet is connected to exhaust line of gas turbine. EFFECT: enhanced efficiency. 6 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к газотурбинным установкам с комбинированной выработкой газоперекачивающей и электрической мощностей, а также электроэнергии для собственных нужд. The invention relates to gas turbine units with combined generation of gas pumping and electric capacities, as well as electricity for own needs.

Известна газотурбинная установка, содержащая компрессор, камеру сгорания, подключенную выходом к двум турбинам компрессорной и силовой [1]
Недостатком известной установки является низкий КПД.Known gas turbine installation containing a compressor, a combustion chamber connected by an output to two compressor and power turbines [1]
A disadvantage of the known installation is the low efficiency.

Известна также газотурбинная установка, являющаяся ближайшим аналогом к заявленной, содержащая компрессор, подключенный посредством воздухопровода с установленным на нем теплообменником к расширительной машине и посредством трубопровода с установленной на нем камерой сгорания к газовой турбине, соединенной валом с полезной нагрузкой, выхлопной тракт газовой турбины, подключенный к атмосфере [2]
Недостатком известной установки также является недостаточно высокий КПД и неширокий диапазон работы.A gas turbine installation is also known, which is the closest analogue to the claimed one, containing a compressor connected via an air duct with a heat exchanger installed on it to an expansion machine and, through a pipeline with a combustion chamber mounted on it, to a gas turbine connected by a payload shaft, an exhaust path of a gas turbine connected to the atmosphere [2]
A disadvantage of the known installation is also not a high efficiency and a narrow range of operation.

Задачей изобретения является повышение КПД, а также комбинированная выработка, например, нагнетательной и электрической мощностей. The objective of the invention is to increase the efficiency, as well as the combined production of, for example, injection and electrical capacities.

Поставленная задача решается тем, что газотрубная установка (ГТУ), содержащая многоступенчатый компрессор, подключенный посредством воздухопровода с установленным на нем теплообменником к расширительной машине и посредством трубопровода с установленной на нем камерой сгорания к газовой турбине, соединенной валом с полезной нагрузкой, выхлопной тракт газовой турбины, подключенный к атмосфере, снабжена газоводом с установленным на нем регулятором нагрузки, подключенным к трубопроводу и воздухопроводу соответственно после камеры сгорания и после теплообменника, последний подключен по охлаждаемой среде к выхлопному тракту газовой турбины, расширительная машина выполнена в виде газотурборасширителя, а ее выход подключен к выхлопному тракту газовой турбины. При этом выход расширительной машины подключен к выхлопному тракту газовой турбины до теплообменника. Кроме того, выход расширительной машины подключен к выхлопному тракту газовой турбины после теплообменника. Компрессор установлен на одном валу с газовой турбиной. При этом полезная нагрузка выполнена в виде нагнетателя, установленного на одном валу с компрессором и турбиной. Кроме того, выход из промежуточной ступени компрессора подключен к воздухопроводу. The problem is solved in that a gas pipe installation (GTU) containing a multi-stage compressor connected via an air duct with a heat exchanger installed on it to an expansion machine and through a pipeline with a combustion chamber mounted on it to a gas turbine connected by a payload shaft, the exhaust path of a gas turbine connected to the atmosphere is equipped with a gas duct with a load regulator installed on it, connected to the pipeline and the air duct, respectively, after the combustion chamber After the heat exchanger, the latter is connected via a cooled medium to the exhaust path of the gas turbine, the expansion machine is made in the form of a gas turbine expander, and its output is connected to the exhaust path of the gas turbine. The output of the expansion machine is connected to the exhaust path of the gas turbine to the heat exchanger. In addition, the output of the expansion machine is connected to the exhaust path of the gas turbine after the heat exchanger. The compressor is mounted on one shaft with a gas turbine. In this case, the payload is made in the form of a supercharger mounted on one shaft with a compressor and a turbine. In addition, the output from the intermediate stage of the compressor is connected to the air duct.

Предлагаемое решение направлено на выработку нагнетательной (движительной) мощности и электроэнергии собственных нужд с утилизацией тепла выхлопных газов основной газотурбинной установки. Дополнительная электроэнергия может вырабатываться как путем формирования нагрузки основной ГТУ, так и путем перераспределения мощностей нагнетателя и электрогенератора без изменения расхода топлива в камеру сгорания. Газотрубонагреватель и газотурборасширитель могут быть размещены независимо и изменение нагрузки не влияет друг на друга. Газотурборасширитель может быть спроектирован на низкие параметры газа. Установка экономична из-за утилизации тепла выхлопных газов. The proposed solution is aimed at generating injection (propulsion) power and electricity of own needs with heat recovery of exhaust gases of the main gas turbine plant. Additional electricity can be generated both by forming the load of the main gas turbine, and by redistributing the power of the supercharger and electric generator without changing the fuel consumption in the combustion chamber. The gas pipe heater and gas turbine expander can be placed independently and the change in load does not affect each other. Gas turbo expander can be designed for low gas parameters. Installation is economical due to heat recovery from exhaust gases.

На чертеже изображена принципиальная схема газотурбинной установки. The drawing shows a schematic diagram of a gas turbine installation.

Газотурбинная установка содержит многоступенчатый компрессор 1, подключенный посредством воздухопровода 2 с установленным на нем теплообменником 3 к расширительной машине 4 и посредством трубопровода 5 с установленной на нем камерой сгорания 6 к газовой турбине 7. Газовая турбина 7 соединена валом 8 с полезной нагрузкой 9. Выхлопной тракт 10 газовой турбины 7 подключен к атмосфере. The gas turbine installation contains a multi-stage compressor 1 connected through an air pipe 2 with a heat exchanger 3 installed on it to an expansion machine 4 and through a pipe 5 with a combustion chamber 6 mounted on it to a gas turbine 7. The gas turbine 7 is connected by a shaft 8 with a payload 9. The exhaust path 10 of a gas turbine 7 is connected to the atmosphere.

Установка также снабжена газоводом 11 с установленным на нем регулятором 12 нагрузки, подключенным к воздухопроводу 2 после камеры сгорания 6 и к трубопроводу 5 после теплообменника 3. Теплообменник 3 подключен по охлаждаемой среде к выхлопному тракту 10 газовой турбины 7. Расширительная машина 4 выполнена в виде газотурборасширителя, а ее выход может быть подключен к выхлопному тракту 10 газовой турбины 7, до или после теплообменника 3 посредством трубопровода 13. The installation is also equipped with a gas duct 11 with a load regulator 12 installed on it, connected to the air pipe 2 after the combustion chamber 6 and to the pipe 5 after the heat exchanger 3. The heat exchanger 3 is connected via a cooled medium to the exhaust tract 10 of the gas turbine 7. The expansion machine 4 is made in the form of a gas expander , and its output can be connected to the exhaust tract 10 of the gas turbine 7, before or after the heat exchanger 3 by means of a pipe 13.

Компрессор 1 может быть установлен на одном валу 8 с газовой турбиной 7. Полезная нагрузка может быть выполнена в виде нагнетателя 9, установленного на одном валу 8 с компрессором 1 и газовой турбиной 7. Расширительная машина 4 соединена валом 14 с электрогенератором 15. Выход из промежуточной ступени компрессора 1 может быть подключен к воздухопроводу 2. Нагнетатель 9 и электрогенератор 15 могут быть выполнены в виде электрогенератора, газонагнетателя, компрессора, винта и т.п. Комбинированную выработку полезной мощности, осуществляют, например, нагнетатель 9 и электрогенератор 15. В электрогенераторе 15 происходит выработка электроэнергии для собственных нужд нагнетателя 9, т.е. масляная система, аппараты воздушного охлаждения и т. п. Compressor 1 can be installed on one shaft 8 with a gas turbine 7. The payload can be made in the form of a supercharger 9 mounted on one shaft 8 with a compressor 1 and a gas turbine 7. The expansion machine 4 is connected by a shaft 14 to an electric generator 15. Exit from the intermediate the compressor stage 1 can be connected to the air duct 2. The supercharger 9 and the electric generator 15 can be made in the form of an electric generator, gas pump, compressor, screw, etc. The combined generation of useful power is carried out, for example, by a supercharger 9 and an electric generator 15. In the electric generator 15, electricity is generated for the auxiliary needs of the supercharger 9, i.e. oil system, air coolers, etc.

Установка работает следующим образом. Installation works as follows.

Воздух из атмосферы поступает на компрессор 1, сжимается и направляется в камеру сгорания 6, на газовую турбину 7 и через выхлопной тракт 10 и теплообменник 3 выхлопные газы направляются в атмосферу. Выработка полезной мощности осуществляется в нагнетателе (движителе) 9. Air from the atmosphere enters the compressor 1, is compressed and sent to the combustion chamber 6, to the gas turbine 7 and through the exhaust tract 10 and the heat exchanger 3, the exhaust gases are sent to the atmosphere. The generation of useful power is carried out in a supercharger (propulsor) 9.

Часть воздуха из выхода промежуточной ступени компрессора 1 по воздухопроводу 2 направляется в теплообменник 3, где нагревается за счет тепла выхлопных газов газовой турбины 7, после чего направляется на расширительную машину 4 и далее по трубопроводу 13 в выхлопной тракт 10. Полезная мощность вырабатывается в электрогенераторе 15 и передается на электрообеспечение собственных нужд установки, например на маслосистему, циркуляционную систему оборотной воды, для привода электровентиляторов агрегатов воздушного охлаждения газа и т.п. Регулирование нагрузки расширительной машины 4 и электрогенератора 15 осуществляется путем перепуска части нагретого до высокой температуры газа по газоводу 11 через регулятор нагрузки 12 на смесь с воздухом, нагретым предварительно теплом компрессии компрессора 1 и выхлопными газами газовой турбины 7. При этом устанавливаются заданный расход газовоздушной смеси и температура смеси в соответствии с потребной мощностью электрогенератора 15. Part of the air from the outlet of the intermediate stage of the compressor 1 through the air duct 2 is sent to the heat exchanger 3, where it is heated by the heat of the exhaust gases of the gas turbine 7, after which it is sent to the expansion machine 4 and then through the pipe 13 to the exhaust tract 10. Useful power is generated in the generator 15 and transferred to the electrical supply of the plant’s own needs, for example, to an oil system, a circulating water system, for driving electric fans of gas air-cooling units, etc. The load regulation of the expansion machine 4 and the generator 15 is carried out by transferring part of the gas heated to a high temperature through the gas duct 11 through the load regulator 12 to the mixture with air heated previously by the compression heat of the compressor 1 and the exhaust gases of the gas turbine 7. At the same time, the set flow rate of the gas-air mixture is established and the temperature of the mixture in accordance with the required power of the generator 15.

Работа установки может осуществляться в автономтном режиме при формировании нагрузки камеры сгорания 6 или перераспределения мощностей нагнетателя 9 и электрогенератора 15, а также от общего напорного воздушного коллектора компрессорной станции. The operation of the installation can be carried out offline during the formation of the load of the combustion chamber 6 or the redistribution of the power of the supercharger 9 and the electric generator 15, as well as from the common pressure head air collector of the compressor station.

Claims (6)

1. Газотурбинная установка, содержащая многоступенчатый компрессор, подключенный посредством воздухопровода с установленным на нем теплообменником к расширительной машине и посредством трубопровода с установленной на нем камерой сгорания к газовой турбине, соединенной валом с полезной нагрузкой, выхлопной тракт газовой турбины, подключенный к атмосфере, отличающаяся тем, что она снабжена газоводом с установленным на нем регулятором нагрузки, подключенным к трубопроводу и воздухопроводу соответственно после камеры сгорания и после теплообменника, причем последний подключен по охлаждаемой среде к выхлопному тракту газовой турбины, расширительная машина выполнена в виде газотурборасширителя, а ее выход подключен к выхлопному тракту газовой турбины. 1. A gas turbine installation comprising a multi-stage compressor connected via an air duct with a heat exchanger installed on it to an expansion machine and through a pipeline with a combustion chamber mounted on it to a gas turbine connected by a payload shaft, an exhaust path of a gas turbine connected to the atmosphere, characterized in that it is equipped with a gas duct with a load regulator installed on it, connected to the pipeline and the air duct, respectively, after the combustion chamber and after t an exchanger, the latter being connected via a cooled medium to the exhaust path of a gas turbine, the expansion machine is made in the form of a gas turbine expander, and its output is connected to the exhaust path of a gas turbine. 2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что выход расширительной машины подключен к выхлопному тракту газовой турбины до теплообменника. 2. Installation according to claim 1, characterized in that the output of the expansion machine is connected to the exhaust path of the gas turbine to the heat exchanger. 3. Установка по п.1, отличающаяся тем, что выход расширительной машины подключен к выхлопному тракту газовой турбины после теплообменника. 3. Installation according to claim 1, characterized in that the output of the expansion machine is connected to the exhaust path of the gas turbine after the heat exchanger. 4. Установка по пп.1 3, отличающаяся тем, что компрессор установлен на одном валу с газовой турбиной. 4. Installation according to claims 1 to 3, characterized in that the compressor is mounted on one shaft with a gas turbine. 5. Установка по п.4, отличающаяся тем, что полезная нагрузка выполнена в виде нагнетателя, установленного на одном валу с компрессором и турбиной. 5. Installation according to claim 4, characterized in that the payload is made in the form of a supercharger mounted on one shaft with a compressor and a turbine. 6. Установка по п.1, отличающаяся тем, что выход из промежуточной ступени компрессора подключен к воздухопроводу. 6. Installation according to claim 1, characterized in that the output from the intermediate stage of the compressor is connected to the air duct.