RU2171903C1 - Modular mobile gas-turbine power-and-heat generation plant and shell boiler for plant - Google Patents
Modular mobile gas-turbine power-and-heat generation plant and shell boiler for plant Download PDFInfo
- Publication number
- RU2171903C1 RU2171903C1 RU2000116604/06A RU2000116604A RU2171903C1 RU 2171903 C1 RU2171903 C1 RU 2171903C1 RU 2000116604/06 A RU2000116604/06 A RU 2000116604/06A RU 2000116604 A RU2000116604 A RU 2000116604A RU 2171903 C1 RU2171903 C1 RU 2171903C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- gas
- module
- heat
- heat exchange
- exhaust
- Prior art date
Links
Landscapes
- Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
Abstract
Description
Модульная передвижная газотурбинная теплофикационная установка предназначена для обогрева и подачи технологического тепла в жилые, административные и производственные здания и сооружения при перебоях в работе централизованного отопления или при аварийных его остановках, также в полевых условиях до завершения строительства стационарных установок и агрегатов отопления и может быть использована в различных областях народного хозяйства. Предпочтительная область использования в передвижных теплофикационных установках модульного или контейнерного типа. The modular mobile gas turbine cogeneration unit is designed for heating and supplying process heat to residential, administrative and industrial buildings and structures during interruptions in the operation of central heating or during emergency stops, also in the field until the construction of stationary installations and heating units is completed and can be used in various areas of the national economy. Preferred area of use in mobile heating installations of modular or container type.
Известна газотурбинная теплофикационная установка, содержащая модули газотурбинного двигателя или его генератора газа с газовым трактом, теплообмена, управления и контроля, причем газовый тракт модуля газотурбинного двигателя связан с модулем теплообмена (см. а.с. СССР N 883537, МПК F 02 C 6/18, опубл. 23.11.81, Ленинградский политехнический институт и производственное объединение турбостроения "Ленинградский металлический завод", Л.В. Афанасьев и др. ). Сложная конструкция газового тракта, подвода отходящих газов к подогревателю сетевой воды, многоступенчатый ее нагрев приведет к непроизводительным потерям тепла и кинетической энергии отходящих газов на всех местных сопротивлениях трубопроводов, увеличит стоимость производства и эксплуатации установки, увеличит ее вес и габаритные характеристики. A gas turbine cogeneration plant is known comprising modules of a gas turbine engine or its gas generator with a gas path, heat exchange, control and monitoring, the gas path of a gas turbine engine module being connected to a heat exchange module (see A.S. USSR N 883537, IPC F 02 C 6 / 18, publ. 23.11.81, Leningrad Polytechnic Institute and the Turbine Engineering Production Association "Leningrad Metal Plant", L.V. Afanasyev, etc.). The complex design of the gas path, the supply of exhaust gases to the network water heater, its multi-stage heating will lead to unproductive losses of heat and kinetic energy of the exhaust gases at all local resistance of the pipelines, increase the cost of production and operation of the installation, increase its weight and overall characteristics.
Известна модульная передвижная газотурбинная теплофикационная установка, содержащая модули газотурбинного двигателя с газовым трактом, теплообмена, силового каркаса корпуса, впуска и выпуска, установленные на силовом каркасе корпуса, причем газовый тракт модуля газотурбинного двигателя напрямую связан с модулем теплообмена (см. патент Российской Федерации N 2123608, МПК F 02 C 6/18, опубл. 20.12.96, Предприятие по добыче газа "Ямбурггаздобыча", Машиностроительное конструкторское бюро "Гранит", Аненков А.Г. и др.). Выполнение выходного газового тракта в виде простейшего сварного патрубка, отсутствие отклоняющего аппарата для оптимального направления горячих отходящих газов в теплообменник котла-утилизатора и равномерного распределения их по его поверхности, а также наличие промежуточного трубопровода приводит к неоправданным потерям тепла и кинетической энергии отходящих газов в тракте подачи их к котлу- утилизатору. Кроме этого, газовый тракт неоптимален по выполнению и имеет высокие аэрогидравлические потери кинетической энергии отходящих газов, что соответственно приводит к местному неоднородному нагреву элементов газового тракта теплообменника котла-утилизатора. Отсутствие средств шумовой, тепловой защиты и нейтрализации вредных газовых составляющих отходящих газов снижает экологичность установки. Known modular mobile gas turbine cogeneration unit containing modules of a gas turbine engine with a gas path, heat exchange, power frame of the housing, intake and exhaust mounted on the power frame of the housing, and the gas path of the gas turbine engine module is directly connected to the heat exchange module (see patent of the Russian Federation N 2123608 , IPC F 02 C 6/18, published on 12/20/96, Yamburggazdobycha gas production company, Granit Machine-Building Design Bureau, AG Anenkov, etc.). The execution of the exhaust gas path in the form of a simple welded pipe, the absence of a deflecting apparatus for the optimal direction of the hot exhaust gases to the heat exchanger of the recovery boiler and their uniform distribution on its surface, as well as the presence of an intermediate pipeline, leads to unjustified losses of heat and kinetic energy of the exhaust gases in the supply path them to the recovery boiler. In addition, the gas path is not optimal in execution and has high aerohydraulic losses of the kinetic energy of the exhaust gases, which accordingly leads to local inhomogeneous heating of the elements of the gas path of the heat exchanger of the recovery boiler. The lack of noise, thermal protection and neutralization of harmful gas components of the exhaust gases reduces the environmental friendliness of the installation.
Известна модульная передвижная газотурбинная теплофикационная установка, содержащая модули газотурбинного двигателя или его генератора газа с газовым трактом, теплообмена, силового каркаса корпуса, впуска и выпуска, установленные на силовом каркасе корпуса, причем газовый тракт модуля газотурбинного двигателя напрямую связан с модулем теплообмена (см. заявку PCT N WO 94/14000, МПК F 22 B 7/00, опубл. 23.06.94, BRITISH GAS PLC, SUTTON, Jeffrey и др.). Сложный по форме газовый тракт для подвода отходящих газов и прохода их через теплообменник котла-утилизатора с несколькими газовыми ходами приведет к высоким энергетическим затратам на прокачивание через него отходящих газов, вследствие чего дополнительно установлен отсасывающий вентилятор. Кроме этого, для дожигания несгоревших компонентов используется устройство для подачи газообразного топлива, а также устройство для образования стехиометрического состава смеси и сжигания ее в оптимальном режиме, что весьма дорого и требует дополнительных устройств регулирования и поддержания стехиометрического состава. Что усложняет устройство дожигания несгоревших составляющих топлива в отходящих газах и повышает тепловую нагрузку на газовый тракт и тепловые потери в нем. Known modular mobile gas turbine cogeneration unit containing modules of a gas turbine engine or its gas generator with a gas path, heat exchange, power frame of the housing, intake and exhaust mounted on the power frame of the housing, and the gas path of the gas turbine engine module is directly connected to the heat exchange module (see application PCT N WO 94/14000, IPC F 22 B 7/00, published June 23, 94, BRITISH GAS PLC, SUTTON, Jeffrey, etc.). A complicated gas path for supplying exhaust gases and passing them through the heat exchanger of the recovery boiler with several gas passages will lead to high energy costs for pumping exhaust gases through it, as a result of which an exhaust fan is additionally installed. In addition, a device for supplying gaseous fuel, as well as a device for forming the stoichiometric composition of the mixture and burning it in an optimal mode, which is very expensive and requires additional devices for regulating and maintaining the stoichiometric composition, is used to burn out unburned components. Which complicates the device afterburning unburned fuel components in the exhaust gases and increases the heat load on the gas path and heat losses in it.
Известна модульная передвижная газотурбинная теплофикационная установка, содержащая модули газотурбинного двигателя или его генератора газа с газовым трактом, теплообмена, силового каркаса корпуса, впуска и выпуска, установленные на силовом каркасе корпуса, причем газовый тракт модуля газотурбинного двигателя напрямую связан с модулем теплообмена (см. а.с. СССР N 26504, МПК F 01 D 25/08, опубл. 31.05.32, Н.Л. Квашнин). Сложная по форме газоотбойная поверхность газового тракта котла-утилизатора приводит к сильному завихрению отработавших газов и большим потерям их кинетической энергии, а относительно малая поверхность теплопередачи не позволяет осуществить полноценный теплообмен и утилизацию тепла отходящих газов, направляющие поверхности в выхлопном коллекторе газового тракта не являются оптимальными и на них также происходят потери кинетической энергии выхлопных, отходящих газов, что приводит к неравномерному нагреву этих поверхностей, местным перегревам и большому аэродинамическому сопротивлению выхлопной части газового тракта, то есть при этом будут большие непроизводительные потери тепла. Отсутствие средств шумовой, тепловой защиты и нейтрализации вредных составляющих выхлопных газов снижает экологичность установки. Known modular mobile gas turbine cogeneration unit containing modules of a gas turbine engine or its gas generator with a gas path, heat exchange, power frame of the housing, intake and exhaust mounted on the power frame of the housing, and the gas path of the gas turbine engine module is directly connected to the heat exchange module (see and USSR N 26504, IPC F 01 D 25/08, published on 05.31.32, N.L. Kvashnin). The shape of the gas outlet surface of the gas path of the recovery boiler leads to a strong swirl of exhaust gases and large losses of their kinetic energy, and the relatively small heat transfer surface does not allow for complete heat transfer and heat recovery of the exhaust gases, the guide surfaces in the exhaust manifold of the gas path are not optimal and they also lose kinetic energy of exhaust and exhaust gases, which leads to uneven heating of these surfaces, local overheating and air resistance of the exhaust gas path, that is, at the same time will be a big wasteful heat loss. The lack of noise, thermal protection and neutralization of the harmful components of the exhaust gas reduces the environmental friendliness of the installation.
Известна модульная передвижная газотурбинная теплофикационная установка, содержащая модули газотурбинного двигателя или его генератора газа с газовым трактом, теплообмена, силового каркаса корпуса, впуска и выпуска, установленные на силовой конструкции корпуса, причем газовый тракт модуля газотурбинного двигателя напрямую связан с модулем теплообмена и имеет газоотбойную стенку (см. патент Российской Федерации N 2114316, МПК F 02 C 6/18, опубл. 27.06.98, Ванин Валерий Александрович и др.). Сложный по форме газовый тракт подачи отходящего газа и дополнительного горючего газа в котел-утилизатор, наличие сложной системы регулирования и распределения отходящих газов и смешения их с горючим газом приводят к высоким потерям кинетической и тепловой энергии на агрегатах, регулирующих распределение потоков отходящих газов и подачу их на доокисление продуктов неполного сгорания топлива. Подогрев его, за счет сгорания дополнительного горючего газа и перемешивания его отходящими газами, усложняет конструкцию. Процесс не эффективен в отношении догорания остаточных углеводородов путем подачи другой разновидности углеводородного топлива, дорог, сложен в регулировании и требует получения смеси с составом, близким к стехиометрическому, а потому не только сложен и ненадежен, но и неэкологичен на некоторых режимах, особенно при разогреве предтопка, то есть на этих режимах у установки будет наблюдаться повышенный выброс легких углеводородов из-за переобогащения смеси. Кроме этого, низкая экологичность определяется отсутствием средств шумоглушения впуска, выпуска и работы установки. Known modular mobile gas turbine cogeneration unit containing modules of a gas turbine engine or its gas generator with a gas path, heat exchange, power casing of the housing, intake and exhaust, mounted on the power structure of the housing, and the gas path of the gas turbine engine module is directly connected to the heat exchange module and has a gas outlet wall (see the patent of the Russian Federation N 2114316, IPC F 02 C 6/18, publ. 06/27/98, Vanin, Valery Alexandrovich and others). A complex gas path for the supply of exhaust gas and additional combustible gas to the waste heat boiler, the presence of a complex system for regulating and distributing exhaust gases and mixing them with combustible gas lead to high losses of kinetic and thermal energy at the units that regulate the distribution of exhaust gas flows and their supply on the oxidation of products of incomplete combustion of fuel. Heating it, due to the combustion of additional combustible gas and mixing it with exhaust gases, complicates the design. The process is not effective with respect to burning out the residual hydrocarbons by supplying another kind of hydrocarbon fuel, expensive, difficult to regulate and requires a mixture with a composition close to stoichiometric, and therefore not only difficult and unreliable, but also environmentally friendly in some modes, especially when heating the pre-heating , that is, in these modes, the installation will have an increased emission of light hydrocarbons due to over-enrichment of the mixture. In addition, low environmental friendliness is determined by the absence of noise suppression means for the intake, exhaust and operation of the installation.
Наиболее близкой по количеству общих признаков и решаемой задаче является (заявка, поданная по системе европейского патента, ЕР N 0225868, МПК F 02 C 6/18, опубл. 16.06.87, ROLLS-ROYCE, Reynolds, Graham Alfred) техническое решение, из которого известна модульная передвижная газотурбинная теплофикационная установка, содержащая модули: газотурбинного двигателя или его генератора газа с газовым трактом; теплообмена с передней и задней стенками; теплозвукоизоляции с внутренней полостью, передней, задней и разделительной стенками; силового каркаса корпуса; впуска и выпуска со средствами шумоглушения впуска и выпуска; управления и контроля; очистки впускного воздуха и выхлопных газов. Все модули установлены на силовом каркасе корпуса, причем газовый тракт модуля газотурбинного двигателя напрямую связан с модулем теплообмена. Тракт перепуска и распределения выхлопных газов по поверхности теплообменника котла-утилизатора с газоотбойной стенкой имеет сложную конструкцию, что приводит к бесполезным потерям тепла и кинетической энергии движения газов в указанном тракте и перегреву элементов, направляющих и распределяющих отходящие газы по поверхности теплообменника, что снижает надежность работы установки. Кроме этого, в установке повышены вредные выбросы, так как отсутствует дожигание или доокисление несгоревших составляющих отработавших газов, что снижает экологичность установки. The closest in terms of the number of common features and the problem to be solved is (application filed according to the European patent system, EP N 0225868, IPC F 02 C 6/18, publ. 16.06.87, ROLLS-ROYCE, Reynolds, Graham Alfred) technical solution, from which is known modular mobile gas turbine heating installation, containing modules: a gas turbine engine or its gas generator with a gas path; heat exchange with front and rear walls; heat and sound insulation with an internal cavity, front, back and dividing walls; power frame of the body; inlet and outlet with noise suppression means inlet and outlet; management and control; purification of intake air and exhaust gases. All modules are installed on the power frame of the housing, and the gas path of the gas turbine engine module is directly connected to the heat exchange module. The path of the exhaust gas bypass and distribution over the surface of the heat exchanger of the recovery boiler with a gas baffle has a complex structure, which leads to useless losses of heat and kinetic energy of the gases in the specified path and overheating of the elements directing and distributing the exhaust gases over the surface of the heat exchanger, which reduces the reliability of operation installation. In addition, the installation has increased harmful emissions, since there is no afterburning or additional oxidation of unburned components of the exhaust gases, which reduces the environmental friendliness of the installation.
Техническими задачами, решаемыми предложенной модульной передвижной газотурбинной теплофикационной установкой, являются достижение модульности, компактность, полная автономность, малые вес и габариты при высокой теплопроизводительности, удобство транспортировки и мобильность, простота конструкции, компоновки и надежность установки, простота конструкции теплообменника и совмещение выполняемых им функций направляющего и распределяющего аппарата отходящих газов и как части силового каркаса, повышающего жесткость и прочность конструкции, то есть расширение функциональных возможностей установки, компактное размещение вспомогательных агрегатов, эффективность теплообмена при простоте выполнения теплообменника и надежности его работы, экологичность, простота и дешевизна изготовления установки и теплообменного модуля, возможность дистанционного управления, повышенный тепловой КПД установки, надежность силового каркаса, удобство эксплуатации и ремонта, высокая защита от последствий аварий и аварийных ситуаций, пониженные энергозатраты на дожигание или нейтрализацию несгоревших составляющих отработавших газов, экологичность установки вследствие малого шума установки и снижения вредных выбросов. Указанные технические задачи решаются тем, что модульная передвижная газотурбинная теплофикационная установка содержит модули газогенератора в виде газотурбинного двигателя или его генератора газа с газовым трактом, теплообмена с передней и задней стенками, теплозвукоизоляции с внутренней полостью, передней, задней и разделительной стенками, силового каркаса корпуса, впуска и выпуска со средствами шумоглушения впуска и выпуска, управления и контроля, очистки впускного воздуха и выхлопных газов, установленные на силовом каркасе корпуса, причем газовый тракт модуля газогенератора напрямую связан с модулем теплообмена, а также тем, что снабжена вентилятором, связанным с впускным и выпускным модулями и установленным с возможностью подачи воздуха за разделительную стенку модуля теплозвукоизоляции и перед передней стенкой модуля теплообмена во внутреннюю полость модуля теплозвукоизоляции, а с выпускным модулем - минуя модуль теплообмена, причем передняя и разделительная стенки модуля теплозвукоизоляции выполнены подвижными, модуль газогенератора - с возможностью монтажа и демонтажа через обе стенки, а модуль теплообмена выполнен в виде жаротрубного котла-утилизатора с наклонной, задней газоотбойной стенкой. The technical tasks solved by the proposed modular mobile gas-turbine heating installation are the achievement of modularity, compactness, complete autonomy, low weight and dimensions with high heat output, ease of transportation and mobility, simplicity of design, layout and reliability of the installation, simplicity of the design of the heat exchanger and the combination of the guiding functions performed by it and a distributing apparatus of the exhaust gases and as part of a power frame that increases the rigidity and strength of the const functions, that is, expanding the functionality of the installation, compact placement of auxiliary units, heat transfer efficiency with the simplicity of the heat exchanger and its reliability, environmental friendliness, simplicity and low cost of manufacturing the installation and heat exchange module, remote control, increased thermal efficiency of the installation, reliability of the power frame, convenience operation and repair, high protection against the consequences of accidents and emergency situations, reduced energy consumption for afterburning or neutral ation of unburnt components of exhaust gases due to the small installation environmental noise installation and reduce harmful emissions. These technical problems are solved in that the modular mobile gas turbine heating installation contains gas generator modules in the form of a gas turbine engine or its gas generator with a gas path, heat exchange with the front and rear walls, heat and sound insulation with an internal cavity, front, rear and dividing walls, power frame of the housing, inlet and outlet with noise suppression means inlet and outlet, control and monitoring, purification of intake air and exhaust gases mounted on the power frame of the building CA, and the gas path of the gas generator module is directly connected to the heat exchange module, as well as the fact that it is equipped with a fan connected to the inlet and outlet modules and installed with the possibility of air supply for the dividing wall of the heat and sound insulation module and in front of the front wall of the heat transfer module into the internal cavity of the heat and sound insulation module, and with the exhaust module, bypassing the heat exchange module, the front and dividing walls of the thermal and acoustic insulation module are movable, the gas generator module can be tazha and dismounting through both walls and the heat exchange unit is configured as a fire-tube waste heat boiler with an inclined, rear wall gaz baffling.
Кроме этого, установка снабжена парогенератором и средствами потребления пара, а средства потребления пара выполнены в виде паровой турбины с электрогенератором, или приводимых паром водяных насосов, или других вспомогательных агрегатов. In addition, the installation is equipped with a steam generator and means for consuming steam, and means for consuming steam are made in the form of a steam turbine with an electric generator, or steam-driven water pumps, or other auxiliary units.
А также тем, что между задней стенкой модуля теплозвукоизоляции и задней газоотбойной стенкой котла-утилизатора размещены вспомогательные агрегаты. As well as the fact that auxiliary units are placed between the rear wall of the thermal and sound insulation module and the rear gas-exhaust wall of the recovery boiler.
Модульность достигается тем, что в установке есть совмещение устройств, узлов и агрегатов, способных работать независимо от свойств и выполнения других частей в их различных сочетаниях без изменения основных конструктивных особенностей и тактико-технических характеристик модулей. Так, например, при использовании в качестве модуля газогенератора авиационного двигателя, выведенного за штат или его газогенератора, а в этом качестве может использоваться любой двигатель, имеющий соответствующую теплопроизводительность, теплообменный модуль будет работать без изменений соответствующих габаритных размеров и теплотехнических характеристик, а они оба могут быть размещены в модуле теплозвукоизоляции без необходимости его конструктивного изменения. Modularity is achieved by the fact that the installation has a combination of devices, components and assemblies that can work regardless of the properties and performance of other parts in their various combinations without changing the main design features and the tactical and technical characteristics of the modules. So, for example, when using an aircraft engine out-of-state or its gas generator as a gas generator module, and any engine with the corresponding heat output can be used in this quality, the heat exchange module will work without changing the corresponding overall dimensions and thermal characteristics, and both of them can be placed in the thermal and sound insulation module without the need for its structural change.
Компактность достигается тем, что в предложенной конструкции установки практически нет переходных газопроводов, а модуль теплообмена выполнен в виде жаротрубного котла-утилизатора, совмещающего в себе функции газоотклоняющего, распределяющего и направляющего аппарата для отходящих газов части конструкции силового каркаса корпуса. Compactness is achieved by the fact that in the proposed design of the installation there are practically no transition gas pipelines, and the heat exchange module is made in the form of a fire-tube waste heat boiler combining the functions of a gas-deflecting, distributing and directing apparatus for exhaust gases of a part of the structure of the power frame of the housing.
Малый вес, малые габариты и при этом высокая теплопроизводительность достигаются за счет малого веса модулей газогенератора и теплообмена, высокоэффективной теплогенерации в газогенераторе, высоких скоростей горячих газов и высокой их турбулизации и соответственно высокоэффективного теплопереноса в теплообменнике котла-утилизатора, оптимального соотношения поверхностей жаровой трубы котла и охлаждаемых направляющих лопаток и трубных решеток, то есть достижения минимальных габаритных размеров при достижении высоких штатных характеристик. Light weight, small dimensions and at the same time high heat output are achieved due to the low weight of the gas generator and heat exchange modules, highly efficient heat generation in the gas generator, high speeds of hot gases and their high turbulization and, accordingly, highly efficient heat transfer in the heat exchanger of the recovery boiler, and the optimal ratio of the surfaces of the boiler’s heat pipe and cooled guide vanes and tube sheets, that is, achieving minimum overall dimensions while achieving high nominal teristic.
Удобство транспортировки и мобильность достигаются за счет малых габаритов и веса установки, а также компактной компоновки ее агрегатов и модулей, то есть отсутствия сложных трубопроводов газового тракта и размещения вспомогательных модулей, например, очистки воздуха и глушения шума впуска на крыше корпуса или под полом, например, топливного бака. Convenience of transportation and mobility are achieved due to the small size and weight of the installation, as well as the compact layout of its units and modules, that is, the absence of complex pipelines of the gas path and the placement of auxiliary modules, for example, air purification and silencing the inlet noise on the roof of the building or under the floor, for example fuel tank.
Полная автономность установки достигается тем, что для запуска и ее работы имеются все необходимые средства. Запуск осуществляется штатной пусковой системой модуля газогенератора, например электропусковым устройством газотурбинного двигателя или устройством его пневматического пуска, после пуска первое время вспомогательные устройства, агрегаты и системы, такие как топливоподачи, регулирования и аварийной защиты, работают от штатных электрических аккумуляторов системы. После выхода на режим вспомогательные системы переводятся на работу от парогенераторов средств потребления пара, например таких как паровые двигатели, входящие в комплектацию установки. Complete autonomy of the installation is achieved by the fact that for the launch and its operation there are all the necessary tools. The start-up is carried out by the standard start-up system of the gas generator module, for example, by the electric start-up device of a gas turbine engine or by the device of its pneumatic start-up, after the start the first time auxiliary devices, units and systems, such as fuel supply, regulation and emergency protection, operate from standard electric batteries of the system. After entering the mode, auxiliary systems are transferred to work from steam generators of means of steam consumption, for example, such as steam engines, which are included in the installation package.
Средством потребления пара может быть и паровая турбина с электрогенератором, в этом случае все остальные системы могут быть обычными электрическими, и при работе турбины штатные аккумуляторные батареи будут автоматически подзаряжаться. A means of consuming steam can be a steam turbine with an electric generator, in which case all other systems can be ordinary electric, and during the operation of the turbine regular batteries will be automatically recharged.
Для устранения промежуточных преобразований энергии привод вспомогательных и циркуляционных водяных насосов может быть также паровым. To eliminate intermediate energy conversions, the drive of auxiliary and circulating water pumps can also be steam.
На случай выхода из строя электрической системы установки можно использовать паровой привод вспомогательных агрегатов, например таких как топливный насос, насос подачи смазки или циркуляционный насос системы водяного или жидкостного охлаждения. In case of failure of the electrical system of the installation, you can use the steam drive of auxiliary units, for example, such as a fuel pump, a lubrication pump or a circulation pump of a water or liquid cooling system.
Все указанные разновидности приводов повышают автономность и надежность работы установки. All these types of drives increase the autonomy and reliability of the installation.
Надежность силовых конструкций обеспечивается тем, что котел-утилизатор выполнен жаротрубным, то есть в виде цельного прочного корпуса с внутренней рубашкой охлаждения и внутренней жаровой трубой, к которому крепятся остальные конструкции силового каркаса, теплозвукоизоляции и силовой аварийной защиты, а также агрегаты впускной и выпускной шахт, например такие как модули шумоглушения впуска или выпуска, теплообменники и так далее. The reliability of the power structures is ensured by the fact that the waste heat boiler is made fire-tube, that is, in the form of a one-piece strong body with an internal cooling jacket and an internal flame tube, to which the remaining structures of the power frame, heat and sound insulation and power emergency protection are attached, as well as intake and exhaust shaft assemblies such as intake or exhaust silencing modules, heat exchangers, and so on.
Простота конструкции, компоновки определяется тем, что установка включает два крупных отработанных в производстве и серийно выпускаемых модуля газогенератора и теплообмена, а также несколько серийных вспомогательных устройств, размещенных в простом по конструкции силовом каркасе, на который крепятся панели силовой, аварийной, тепловой и звуковой защиты. Причем все эти функции могут выполнять одни и те же панели, выполненные из композиционных материалов, таких как стекло- или углеволоконные маты с пропиткой их эластомерами, что позволяет расширить функциональные возможности модуля теплозвукоизоляции, добиться высокоэффективной защиты от последствий аварий и аварийных ситуаций, например, возникающих при обрыве лопатки или разрушении вентилятора или турбины, от вредного воздействия шума и вибраций, выделения тепла и части отходящих газов, а также этому способствует отсутствие в опасной зоне людей вследствие использования дистанционного управления установкой. The simplicity of the design and layout is determined by the fact that the installation includes two large gas generator and heat transfer modules, which were tested in production and commercially available, as well as several serial auxiliary devices located in a simple-to-design power frame, onto which the power, emergency, thermal and sound protection panels are mounted . Moreover, all these functions can be performed by the same panels made of composite materials, such as glass or carbon fiber mats, impregnated with their elastomers, which allows to expand the functionality of the thermal and sound insulation module, to achieve highly effective protection against the consequences of accidents and emergency situations, for example, arising when the blade breaks or the fan or turbine breaks, from the harmful effects of noise and vibration, heat and part of the exhaust gases, and this is also facilitated by the absence of area of people due to the use of remote control of the installation.
Надежность установки в целом определяется высокой надежностью работы модуля газогенератора и наличием системы управления и контроля, а также наличием систем и устройств аварийной защиты, например клапанов от превышения давления в модуле теплообмена или штатных устройств, предотвращающих помпаж в модуле газогенератора. The reliability of the installation as a whole is determined by the high reliability of the gas generator module and the presence of a control and monitoring system, as well as the availability of emergency protection systems and devices, for example, valves against excess pressure in the heat exchange module or standard devices that prevent surging in the gas generator module.
Простота конструкции и совмещение в модуле теплообмена функций элемента силового каркаса корпуса, выполненного в виде жаротрубного котла-утилизатора, в котором направляющие лопатки выполнены полыми и водоохлаждаемыми, а на выходе он снабжен по меньшей мере двумя водяными трубами, расположенными в параллельных плоскостях перпендикулярно одна другой и связанными с корпусом и контуром теплообмена корпуса с возможностью компенсации радиальных усилий рабочих газов на противоположных стенках жаровой трубы, позволяет расширить функциональные возможности, повысить жесткость и прочность котла-утилизатора и силового каркаса корпуса, то есть получить возможность использовать в качестве модуля газогенератора различных устройств генерации горячих газов с изменяющимся в широких пределах их давлением и температурой, кроме этого, повышенная жесткость котла-утилизатора снижает возможность его коробления от высоких температур и нагрузок. Жидкостное охлаждение направляющих лопаток приводит к снижению тепловой напряженности или невозможности их перегрева, что повышает надежность их работы и установки в целом. The simplicity of design and the combination in the heat exchange module of the functions of the element of the power frame of the housing, made in the form of a fire-tube waste heat boiler, in which the guide vanes are hollow and water-cooled, and at the outlet it is equipped with at least two water pipes located in parallel planes perpendicular to one another and associated with the housing and the heat transfer circuit of the housing with the ability to compensate for the radial forces of the working gases on opposite walls of the flame tube, allows you to expand the function It is possible to increase the rigidity and strength of the recovery boiler and the power frame of the housing, that is, to be able to use various hot gas generation devices with a wide range of pressure and temperature as a gas generator module; in addition, the increased rigidity of the recovery boiler reduces the possibility of it warping from high temperatures and loads. Liquid cooling of the guide vanes leads to a decrease in thermal tension or the impossibility of overheating, which increases the reliability of their operation and installation as a whole.
Компактность расположения вспомогательных агрегатов достигается тем, что они располагаются в нише между задней наклонной газоотбойной стенкой котла-утилизатора и задней стенкой модуля теплозвукоизоляции. Для тепловой защиты вспомогательных агрегатов внешняя поверхность котла- утилизатора может быть покрыта теплозащитным покрытием, что дополнительно уменьшит непроизводительные потери тепла в окружающую среду. The compactness of the arrangement of auxiliary units is achieved by the fact that they are located in a niche between the rear inclined gas outlet wall of the recovery boiler and the rear wall of the thermal and sound insulation module. For thermal protection of auxiliary units, the external surface of the recovery boiler can be covered with a heat-shielding coating, which will further reduce unproductive heat loss to the environment.
Эффективность модуля теплообмена при простоте выполнения теплообменника и надежности его работы достигается тем, что поперечное сечение лопаток выполнено в виде прямых, расположенных под углом одна к другой и сопряженных между собой переходными линиями, то есть газонаправляющие лопатки выполнены в виде нескольких плоскостей, сопряженных переходными поверхностями, оптимальными по отношению площадей их поверхности, таким образом и оптимальными по аэрогидравлическому сопротивлению, турбулизации отходящих газов и теплообмена с ними. The efficiency of the heat transfer module with the simplicity of the heat exchanger and the reliability of its operation is achieved by the fact that the cross section of the blades is made in the form of straight lines located at an angle to one another and interconnected by transition lines, that is, gas guide vanes are made in the form of several planes connected by transition surfaces, optimal in relation to their surface areas, and thus optimal in aerohydraulic resistance, turbulization of exhaust gases and heat exchange with them.
Экологичность установки определяется в первую очередь высоко эффективным шумоглушением на впуске и выпуске установки, наличием теплозвукоизолирующего модуля, выполненного в виде набора панелей, отделяющих модуль газогенератора от окружающей среды, а также звукотеплоизолирующее покрытие модуля теплообмена. The environmental friendliness of the installation is determined primarily by the highly effective sound attenuation at the inlet and outlet of the installation, the presence of a heat and sound insulating module, made in the form of a set of panels separating the gas generator module from the environment, as well as sound and heat insulating coating of the heat transfer module.
Экологичность установки также достигается тем, что в выхлопные газы установки добавляется вторичный подогретый воздух из ее внутренней полости. Подогретый воздух не охлаждает выхлопные газы и по этой причине не вызывает выпадения, например, в виде конденсата части вредных веществ, например воды с окислами азота, то есть азотной кислоты, а наоборот, способствует их подогреву и доокислению продуктов неполного сгорания углеводородов топлива. Окислы азота в газообразном состоянии могут быть нейтрализованы полностью или частично в дополнительном каталитическом нейтрализаторе. The environmentally friendly installation is also achieved by the fact that secondary heated air from its internal cavity is added to the exhaust gases of the installation. The heated air does not cool the exhaust gases and for this reason does not cause the loss, for example, in the form of condensate of a part of harmful substances, for example, water with nitrogen oxides, i.e. nitric acid, but, on the contrary, contributes to their heating and oxidation of products of incomplete combustion of fuel hydrocarbons. Gaseous nitrogen oxides can be neutralized completely or partially in an additional catalytic converter.
Пониженные энергозатраты на дожигание несгоревших углеводородов в отходящих газах достигаются совмещением функции охлаждения поверхности модуля газогенератора и подачи подогретого воздуха в выпускной модуль для повторного окисления несгоревших углеводородов. Известен котел-утилизатор газотурбинной теплофикационной установки, выполненный жаротрубным, содержащий корпус с контуром теплообмена, газоотбойную стенку (см. заявку PCT N WO 94/14000, МПК F 22 B 7/00, опубл. 23.06.94, British Gas PLC). В указанном котле газотурбинной установки теплообменные поверхности и газоходы будут иметь большие аэродинамические сопротивления в местах изменения направления движения отходящих газов, приводящие к потере скорости их движения и снижению теплоотдачи в дымогарных трубах, в результате чего необходимо увеличение поверхности жаровых и дымогарных труб, а также установка вытяжного вентилятора. Таким образом сложно обеспечить прочность корпуса, находящегося под достаточно большим давлением отходящих газов, и использовать естественное конвективное движение отходящих газов. Все описанные явления снижают эффективность работы котла-утилизатора и газотурбинной теплофикационной установки, так как у нее, соответственно, на выпуске будет большое противодавление и часть кинетической энергии потока отходящих из нее газов будет расходоваться на его преодоление. Reduced energy costs for the afterburning of unburned hydrocarbons in the exhaust gases are achieved by combining the function of cooling the surface of the gas generator module and supplying heated air to the exhaust module to re-oxidize unburned hydrocarbons. A well-known waste heat boiler of a gas turbine heating installation, made fire tube, containing a housing with a heat exchange circuit, a gas baffle (see application PCT N WO 94/14000, IPC F 22 B 7/00, publ. 23.06.94, British Gas PLC). In the specified boiler of a gas turbine installation, heat exchange surfaces and gas flues will have high aerodynamic drags in places where the direction of movement of the exhaust gases changes, leading to a loss in their speed of movement and a decrease in heat transfer in smoke tubes, as a result of which it is necessary to increase the surface of flame and smoke tubes, as well as installing an exhaust a fan. Thus, it is difficult to ensure the strength of the housing, which is under a sufficiently high pressure of the exhaust gases, and to use the natural convective movement of the exhaust gases. All the described phenomena reduce the efficiency of the waste heat boiler and gas turbine heating installation, since it will, accordingly, have a large backpressure at the outlet and part of the kinetic energy of the exhaust gas stream will be spent on overcoming it.
Также известен котел-утилизатор газотурбинной теплофикационной установки, содержащий корпус с контуром теплообмена, газоотбойную стенку, который снабжен по меньшей мере двумя водяными трубами, расположенными в параллельных плоскостях и связанными с контуром теплообмена корпуса гидравлически (см. патент Франции N 2698681, МПК F 22 B 1/18, F 22 C 6/18, опубл. 03.06.94, Stein Industrie Sosiete Anonyme, Saujet Jean-Francois et Daoud Djamel). Такое выполнение котла-утилизатора приведет к повышенному противодавлению на выпуске, а отсутствие средств распределения и отклонения потока - неравномерной подаче отходящих газов к поверхности теплообмена и, соответственно, неравномерному нагреву водяных труб, перегреву одних участков и недогреву других, что снижает эффективность работы котла-утилизатора, надежность его работы из-за возможности прогорания водяных труб в местах их перегрева, а при их выходе из строя и отказу в работе всей газотурбинной теплофикационной установки в целом. A heat recovery boiler of a gas turbine heating installation is also known, comprising a housing with a heat exchange circuit, a gas outlet wall, which is provided with at least two water pipes located in parallel planes and connected hydraulically to the housing heat exchange circuit (see French Patent No. 2698681, IPC F 22 B 1/18, F 22 C 6/18, published 03.06.94, Stein Industrie Sosiete Anonyme, Saujet Jean-Francois et Daoud Djamel). This embodiment of the recovery boiler will lead to increased back pressure at the outlet, and the lack of means of distribution and flow deviation leads to uneven supply of exhaust gases to the heat exchange surface and, accordingly, uneven heating of the water pipes, overheating of some sections and underheating of others, which reduces the efficiency of the recovery boiler , the reliability of its operation due to the possibility of burning water pipes in places of their overheating, and when they fail and the entire gas turbine heating installation fails to operate th.
Известен также жаротрубный котел-утилизатор, содержащий корпус с контуром теплообмена, снабженный по меньшей мере двумя водяными трубами, расположенными в параллельных плоскостях перпендикулярно одна другой и связанными с контуром теплообмена корпуса гидравлически, а с корпусом - механически с возможностью компенсации радиальных усилий от давления отходящих газов на противоположных стенках жаровой трубы, причем водяные трубы установлены под наклоном к плоскости горизонта (см. патент Российской Федерации N 2009392, МПК F 22 B 7/00, опубл. 15.04.94, Берлин Зиновий Львович и др.). Известное техническое решение наиболее близко к предложенному по количеству совпадающих признаков и решаемой задаче, по этой причине оно выбрано в качестве прототипа предложенного котла-утилизатора. Основным недостатком известной конструкции будет большое аэрогидравлическое сопротивление на выпуске и создаваемое при этом противодавление, неравномерное распределение отходящих газов по теплообменной поверхности водяных труб, неравномерность их нагрева из-за возникновения турбулентного вихря на месте поворота газохода, что приведет к снижению их долговечности и надежности, а также к снижению эффективности работы газотурбинной теплофикационной установки из-за повышенного аэрогидравлического сопротивления и противодавления на выпуске. Also known is a fire-tube waste heat boiler containing a housing with a heat exchange circuit, equipped with at least two water pipes arranged in parallel planes perpendicular to one another and connected hydraulically to the housing heat exchange circuit, and mechanically with the housing to compensate for radial forces from the pressure of the exhaust gases on opposite walls of the flame tube, and the water pipes are installed at an angle to the horizon plane (see patent of the Russian Federation N 2009392, IPC F 22 B 7/00, publ. 04/15/94, Berlin Zinovy Lvovich and others.). The known technical solution is closest to the one proposed by the number of matching features and the problem to be solved, for this reason it is selected as a prototype of the proposed waste heat boiler. The main disadvantage of the known design will be a large aerohydraulic resistance at the outlet and the resulting backpressure, uneven distribution of exhaust gases on the heat exchange surface of the water pipes, uneven heating due to the occurrence of a turbulent vortex at the site of the gas duct turning, which will lead to a decrease in their durability and reliability, and also to reduce the efficiency of the gas turbine cogeneration plant due to increased aero-hydraulic resistance and back pressure on ypuske.
Техническими задачами, решаемыми предложенным котлом-утилизатором, являются повышение надежности и эффективности работы, снижение непроизводительных потерь тепла и энергии отходящих газов путем снижения аэрогидравлического сопротивления газового тракта и газохода котла-утилизатора и равномерное распределение отходящих газов по теплообменным поверхностям, что создает более благоприятные условия для работы газотурбинной теплофикационной установки и повышает эффективность и надежность ее работы, простота конструкции снижает стоимость производства и эксплуатации, а повышение виброустойчивости и надежности теплообменника котла-утилизатора вследствие повышения жесткости и прочности корпуса повышает его надежность и снижает виброактивность; повышение надежности работы и улучшение условий эксплуатации путем установки направляющих лопаток и труб теплообменника под углом к горизонту; удешевление производства и эксплуатации из-за простых форм поверхностей, составляющих направляющие лопатки. Для решения поставленных технических задач жаротрубный котел-утилизатор газотурбинной теплофикационной установки содержит корпус с контуром теплообмена и по меньшей мере одной жаровой или дымогарной трубой, снабженной по меньшей мере двумя водяными трубами, предпочтительно расположенными в параллельных плоскостях перпендикулярно одна другой и связанными с контуром теплообмена гидравлически, а с корпусом - механически с возможностью компенсации радиальных усилий от давления отходящих газов на противоположных стенках соответственно жаровой или дымогарной трубы, причем он дополнительно снабжен наклонной газоотбойной стенкой и направляющими газовыми лопатками, которые выполнены охлаждаемыми и связаны со стенками жаровой трубы жестко с возможностью компенсации радиальных усилий от давления отходящих газов и гидравлически с контуром теплообмена корпуса. The technical problems solved by the proposed waste heat boiler are to increase the reliability and efficiency, reduce unproductive losses of heat and energy of the exhaust gases by reducing the aero-hydraulic resistance of the gas path and the gas duct of the waste heat boiler and the uniform distribution of exhaust gases on the heat exchange surfaces, which creates more favorable conditions for operation of a gas turbine heating installation and increases the efficiency and reliability of its operation, simplicity of design reduces costs awn production and operation, and increasing vibration resistance and reliability of the heat exchanger of the recovery boiler due to increased body stiffness and strength increases its reliability and decreases vibroaktivnosti; improving operational reliability and improving operating conditions by installing guide vanes and heat exchanger tubes at an angle to the horizon; cheaper production and operation due to the simple shape of the surfaces that make up the guide vanes. To solve the technical problems, the fire-tube waste heat boiler of a gas turbine heating installation includes a housing with a heat exchange circuit and at least one flame or smoke tube provided with at least two water pipes, preferably arranged in parallel planes perpendicular to one another and hydraulically connected to the heat exchange circuit, and with the case - mechanically with the ability to compensate for radial forces from the pressure of the exhaust gases on opposite walls, respectively a flame or fire tube, wherein it is further provided with an inclined wall gaz baffling vanes and the guide gas, which are formed and are connected with the cooled walls of the flame tube is rigidly with the possibility of compensation of the radial forces from the pressure of exhaust gases from the housing and fluidly heat exchange circuit.
А также тем, что оси водяных труб и направляющих лопаток расположены под углом к плоскости горизонта. And also the fact that the axis of the water pipes and guide vanes are located at an angle to the horizon plane.
И тем, что поперечное сечение направляющих лопаток выполнено в виде прямых, расположенных под углом одна к другой и сопряженных между собой переходными линиями. And the fact that the cross section of the guide vanes is made in the form of straight lines located at an angle to one another and interconnected by transition lines.
Такое выполнение котла-утилизатора позволяет снизить аэрогидравлическое сопротивление газового тракта при движении отходящих газов, уменьшить противодавление на выпуске газотурбинной теплофикационной установки, обеспечить равномерное распределение отходящих газов по теплопередающим поверхностям котла, повысить жесткость и надежность газоотводящего тракта и котла, за счет чего повысить надежность и эффективность работы котла и установки в целом, уменьшить непроизводительные потери тепла и энергии отходящих газов и создать благоприятные условия для работы газотурбинной теплофикационной установки, снизить виброактивность котла. This embodiment of the recovery boiler allows to reduce the aero-hydraulic resistance of the gas path during the movement of exhaust gases, reduce the back pressure at the outlet of the gas turbine heating plant, ensure uniform distribution of exhaust gases on the heat transfer surfaces of the boiler, increase the rigidity and reliability of the exhaust duct and boiler, thereby increasing reliability and efficiency operation of the boiler and the installation as a whole, reduce unproductive losses of heat and energy of the exhaust gases and create a favorable favorable conditions for the operation of a gas turbine heating installation, to reduce the vibration activity of the boiler.
Котел-утилизатор может иметь направляющие лопатки и водяные трубы, расположенные под углом к горизонтальной плоскости, что повышает надежность и эффективность работы котла-утилизатора, так как при этом создаются условия для создания конвективного движения теплоносителя и улучшения теплообмена в трубах и лопатках, а при остановке в них не останется воды и не будет условий для размораживания теплообменных поверхностей при длительной остановке установки в полевых условиях. The recovery boiler can have guide vanes and water pipes located at an angle to the horizontal plane, which increases the reliability and efficiency of the recovery boiler, as this creates conditions for creating convective movement of the coolant and improving heat transfer in the pipes and blades, and when stopped there will be no water left in them and there will be no conditions for defrosting the heat exchange surfaces during a long shutdown of the installation in the field.
Котел-утилизатор может также иметь поперечное сечение лопаток, выполненное в виде прямых, расположенных под углом одна к другой и сопряженных между собой переходными линиями, что значительно упрощает процесс их изготовления и снижает стоимость изготовления и эксплуатации, так как поверхности, составляющие лопатки, будут плоскими или цилиндрическими, то есть простыми в изготовлении на универсальных гибочных и сварочных установках и станках. На фиг. 1 показана установка и ее котел-утилизатор в разрезе. Модульная передвижная газотурбинная теплофикационная установка содержит модули: газогенератора 1 в виде газотурбинного двигателя или его генератора газа с газовым трактом 2; теплообмена 3 с передней 4 и задней 5 стенками; теплозвукоизоляции 6 с внутренней полостью 7 передней 8, разделительной 9 и задней 10 стенками, причем в полости 7 между передней 8 и задней 10 стенками модуля теплозвукоизоляции 6 располагается модуль 11 очистки впускного воздуха; между разделительной стенкой 9 модуля 6 теплозвукоизоляции и передней стенкой 4 модуля теплообмена 3 размещен модуль газогенератора 1; силового каркаса 12 корпуса 13; впуска 14 и выпуска 15 соответственно со средствами шумоглушения впуска 16 и выпуска 17, модуль выпуска 15 может быть снабжен нейтрализатором вредных выбросов отходящих газов (на чертеже не показан); модули очистки впускного воздуха 11 и нейтрализации отходящих газов устанавливаются обычно на силовом каркасе 12 корпуса 13, но могут устанавливаться непосредственно на входе в модуль газогенератора 1 и на выходе из модуля теплообмена 3; причем газовый тракт 2 модуля газогенератора 1 напрямую связан с модулем 3 теплообмена. Причем установка снабжена вентилятором 18, связанным с модулями впуска 14 и выпуска 15 и установленным с возможностью подачи воздуха за разделительную стенку 9 модуля теплозвукоизоляции 6 и перед передней стенкой 4 модуля теплообмена 3, во внутреннюю полость 7 модуля теплозвукоизоляции 6, а с модулем выпуска 15 - минуя модуль теплообмена 3, причем передняя 8 и разделительная 9 стенки модуля 6 теплозвукоизоляции выполнены подвижными, модуль газогенератора 1 - с возможностью монтажа и демонтажа через обе указанные стенки, а модуль теплообмена 3 выполнен в виде жаротрубного котла-утилизатора 19 с задней наклонной газоотбойной стенкой 20. The waste heat boiler may also have a cross section of the blades made in the form of straight lines located at an angle to one another and interconnected by transition lines, which greatly simplifies the process of their manufacture and reduces the cost of manufacture and operation, since the surfaces that make up the blades will be flat or cylindrical, that is, easy to manufacture on universal bending and welding plants and machines. In FIG. 1 shows a sectional view of the installation and its recovery boiler. A modular mobile gas-turbine heating installation contains modules: a gas generator 1 in the form of a gas-turbine engine or its gas generator with a gas path 2; heat exchange 3 with front 4 and rear 5 walls; heat and sound insulation 6 with an internal cavity 7 of the front 8, dividing 9 and rear 10 walls, and in the cavity 7 between the front 8 and rear 10 walls of the heat and sound insulation module 6 is the intake air purification module 11; between the dividing wall 9 of the heat and sound insulation module 6 and the front wall 4 of the heat exchange module 3, a gas generator module 1 is placed; power frame 12 of the housing 13; the inlet 14 and the outlet 15, respectively, with noise suppression means of the inlet 16 and the outlet 17, the exhaust module 15 may be equipped with a neutralizer of harmful exhaust gases (not shown in the drawing); the intake air cleaning and exhaust gas neutralization modules are usually installed on the power frame 12 of the housing 13, but can be installed directly at the inlet to the gas generator module 1 and at the outlet of the heat exchange module 3; moreover, the gas path 2 of the gas generator module 1 is directly connected to the heat exchange module 3. Moreover, the installation is equipped with a fan 18, connected to the intake modules 14 and exhaust 15 and installed with the possibility of air supply for the separation wall 9 of the heat and sound insulation module 6 and in front of the front wall 4 of the heat transfer module 3, into the internal cavity 7 of the heat and sound insulation module 6, and with the exhaust module 15 - bypassing the heat exchange module 3, the front 8 and dividing 9 walls of the heat and sound insulation module 6 are movable, the gas generator module 1 with the possibility of mounting and dismounting through both of these walls, and the heat exchange module 3 nen in the form of a fire-tube waste heat boiler 19 with a rear inclined gas outlet wall 20.
Модуль 11 очистки впускного воздуха соединен с модулем газогенератора 1 непосредственно с возможностью быстрой замены, например, при помощи байонетного соединения. The intake air purification module 11 is connected directly to the gas generator module 1 with the possibility of quick replacement, for example, by means of a bayonet coupling.
Модуль 1 газогенератора установлен на стойках 21, которые для удобства монтажа и демонтажа снабжены подъемными роликами 22. При необходимости демонтажа газогенератора 1 открываются подвижные передняя 8 и промежуточная 9 стенки модуля теплозвукоизоляции 6. Подъемные ролики 22 стоек 21 опускаются до соприкосновения с направляющими 23, и модуль 1 газогенератора после отсоединения от котла-утилизатора 19 модуля теплообмена 3 выкатывается наружу. Монтируется он в обратном порядке и после монтажа жестко крепится на силовых опорных конструкциях модуля силового каркаса 12 корпуса 13. The gas generator module 1 is mounted on racks 21, which are equipped with lifting rollers 22 for ease of installation and dismantling. If it is necessary to dismantle the gas generator 1, the movable front 8 and intermediate 9 walls of the heat and sound insulation module are opened 6. The lifting rollers 22 of the racks 21 are lowered into contact with the rails 23, and the module 1 of the gas generator after disconnecting from the waste heat boiler 19 of the heat exchange module 3 is rolled out. It is mounted in the reverse order and, after mounting, is rigidly mounted on the power supporting structures of the power frame module 12 of the housing 13.
Вспомогательные агрегаты 24, необходимые для работы и управления модулем 1 газогенератора, располагаются непосредственно на нем или под ним. Вспомогательные агрегаты и устройства 24, предназначенные для обслуживания внешних потребителей тепла и регулирования условий работы установки, располагаются между наклонной газоотбойной стенкой 20 котла-утилизатора 19 и задней стенкой 10 модуля теплозвукоизоляции 6, что при наличии теплоизоляции на поверхности котла-утилизатора 19 создает благоприятные условия для работы этих агрегатов и устройств. Указанные дополнительные агрегаты и устройства 24 могут иметь двойной привод: электрический, для работы во время пуска и недостатка тепла для работы парогенератора 25, и паровой, для экономии электрической энергии. Auxiliary units 24, necessary for operation and control of the gas generator module 1, are located directly on it or under it. Auxiliary units and devices 24, designed to serve external heat consumers and regulate the operating conditions of the installation, are located between the inclined gas outlet wall 20 of the recovery boiler 19 and the rear wall 10 of the heat and sound insulation module 6, which, if there is thermal insulation on the surface of the recovery boiler 19, creates favorable conditions for the work of these units and devices. These additional units and devices 24 may have a dual drive: electric, for operation during start-up and lack of heat for operation of the steam generator 25, and steam, to save electric energy.
Система управления и контроля работы газогенератора 1 и всей установки в целом может располагаться в непосредственной близости от контейнера 26, например, в пристройке к нему, или на любом удалении, например, в здании или сооружении, в котором установлены или размещены потребители тепла. The control system and the operation of the gas generator 1 and the entire installation as a whole can be located in the immediate vicinity of the container 26, for example, in an extension to it, or at any distance, for example, in a building or structure in which heat consumers are installed or housed.
Модульная передвижная газотурбинная теплофикационная установка работает следующим образом. Modular mobile gas turbine heating installation works as follows.
После прибытия на место временной или постоянной дислокации, ее развертывания, соединения с источником воды и потребителями тепловой энергии по кольцевой схеме и подготовки к запуску, штатными средствами запуска газогенератора 1, или внешнего стационарного, или передвижного электрогенератора он приводится в рабочее состояние и запускается. After arriving at the place of temporary or permanent deployment, its deployment, connecting to a water source and thermal energy consumers in a ring pattern and preparing for start-up, using standard means to start the gas generator 1, or an external stationary or mobile electric generator, it is brought into working condition and starts up.
После запуска в модульной передвижной газотурбинной теплофикационной установке выводится на режим модуль газогенератора 1 и разогревается до необходимой рабочей температуры котел-утилизатор 19, а затем включаются один из дополнительных агрегатов, штатный или внешний циркуляционный насос. Объект потребления тепла начинает разогреваться. После его разогрева модуль газогенератора 1 выводится на пониженный стационарный режим работы. Включаются системы автоматической регулировки и поддержания режима работы установки и ее аварийной защиты, например, от превышения давления в газовом тракте 2 газогенератора 1 или в магистралях подачи тепла, или от превышения заданной температуры теплоносителя, или от аварийного осушения магистрали подачи теплоносителя, или ее разрыва, или любой другой известной или предполагаемой аварийной ситуации на самой установке или у потребителя тепловой энергии. Для этого используются любые подходящие по требуемым параметрам системы управления и контроля. After starting in a modular mobile gas-turbine heating installation, the gas generator module 1 is brought into operation and the waste heat boiler 19 is heated to the required operating temperature, and then one of the additional units, a standard or external circulation pump, is turned on. The heat consumption object begins to warm up. After heating it, the gas generator module 1 is displayed on a low stationary mode of operation. The systems of automatic adjustment and maintenance of the operation mode of the installation and its emergency protection are activated, for example, from excess pressure in the gas path 2 of the gas generator 1 or in the heat supply lines, or from exceeding the set temperature of the coolant, or from emergency drainage of the coolant supply line, or its rupture, or any other known or suspected emergency situation at the installation or at the consumer of thermal energy. For this, any control and monitoring systems suitable for the required parameters are used.
После выхода установки на рабочий режим и выхода на рабочий режим парогенератора дополнительные агрегаты и устройства переводятся на паровой привод. Модуль силового каркаса 12, контейнер 26 и панели 27, которые крепятся на нем и служат для силовой, аварийной, звуковой и тепловой защиты. Причем все эти функции могут выполнять одни и те же панели 27, выполненные из композиционных материалов, например стекло- или углеволоконные маты с пропиткой их эластомерами, что позволяет добиться высокоэффективной защиты от последствий аварий и аварийных ситуаций, например, возникающих при обрыве лопатки или разрушении вентилятора или турбины. After the unit enters the operating mode and the operating mode of the steam generator is reached, additional units and devices are transferred to the steam drive. The power frame module 12, the container 26 and the panel 27, which are mounted on it and serve for power, emergency, sound and thermal protection. Moreover, all these functions can be performed by the same panels 27 made of composite materials, for example glass or carbon fiber mats, impregnated with their elastomers, which allows to achieve highly effective protection against the consequences of accidents and emergencies, for example, arising from a broken blade or destruction of a fan or turbines.
Панели 27 силовой защиты служат для предотвращения аварийных ситуаций при стихийных бедствиях или несанкционированных попытках проникновения в установку. Power protection panels 27 are used to prevent emergency situations during natural disasters or unauthorized attempts to enter the installation.
Питание топливом и другими расходными материалами установки может производиться из емкостей, размещенных на крыше контейнера 26 или из-под пола 28 установки. The fuel and other consumables of the installation can be supplied from containers placed on the roof of the container 26 or from under the floor 28 of the installation.
Поддержание требуемого температурного режима в полости 7 модуля 6 теплозвукоизоляции осуществляется при помощи вентилятора 18, продувающего в необходимом количестве воздух через указанную полость 7 между разделительной стенкой 9 и передней стенкой модуля теплообмена 3, где размещен модуль газогенератора 1, и выводит нагретый воздух мимо модуля теплообмена 3 через продувочный воздуховод 29 в модуль выпуска 15, где он смешивается с продуктами неполного сгорания топлива и доокисляет их. Maintaining the required temperature in the cavity 7 of the module 6 of heat and sound insulation is carried out using a fan 18, blowing in the required amount of air through the specified cavity 7 between the dividing wall 9 and the front wall of the heat exchange module 3, where the gas generator module 1 is located, and displays the heated air past the heat exchange module 3 through the purge duct 29 to the exhaust module 15, where it is mixed with the products of incomplete combustion of the fuel and oxidizes them.
Жаротрубный котел-утилизатор 19 газотурбинной теплофикационной установки содержит корпус 30 с контуром теплообмена 31 и жаровой или дымогарной трубой 32 по меньшей мере двумя водяными трубами 33, расположенными в параллельных плоскостях перпендикулярно одна другой и связанными с контуром теплообмена 31 корпуса 30 котла-утилизатора 19 гидравлически, а с корпусом 30 - механически с возможностью компенсации радиальных усилий от давления отходящих газов на противоположных стенках жаровой трубы 32. Он дополнительно снабжен направляющими лопатками 34, а направляющие лопатки 34 выполнены охлаждаемыми и связаны жестко со стенками жаровой трубы 32 с возможностью компенсации радиальных усилий от давления отходящих газов и гидравлически с контуром теплообмена 31 корпуса 30 котла-утилизатора 19. The fire tube heat recovery boiler 19 of the gas turbine heating installation comprises a housing 30 with a heat exchange circuit 31 and a fire or smoke pipe 32 with at least two water pipes 33 arranged in parallel planes perpendicular to one another and connected to the heat exchange circuit 31 of the housing 30 of the recovery boiler 19 hydraulically, and with the housing 30 - mechanically with the ability to compensate for radial forces from the pressure of the exhaust gases on opposite walls of the flame tube 32. It is additionally equipped with guide vanes 34, and the guide vanes 34 are made cooled and rigidly connected to the walls of the flame tube 32 with the possibility of compensating for radial forces from the pressure of the exhaust gases and hydraulically with the heat transfer circuit 31 of the housing 30 of the recovery boiler 19.
Водяные трубы 33 могут располагаться в любой части газового тракта 2. Например, при использовании части газов для привода турбогенератора они могут располагаться сразу после него или после направляющих лопаток 35 или в зонах возможных пучностей свободных колебаний стенок жаровой трубы 32. Water pipes 33 can be located in any part of the gas path 2. For example, when using part of the gases to drive the turbogenerator, they can be located immediately after it or after the guide vanes 35 or in the areas of possible antinodes of free vibrations of the walls of the flame tube 32.
Оси водяных труб 33 и направляющих лопаток 34 расположены под углом к плоскости горизонта 35. Причем плоскости расположения отдельных водяных труб 33 или составленных из них решеток могут располагаться не только в параллельных плоскостях, но и под углом одна к другой, например, для того чтобы нарушить условия возникновения резонанса их колебаний под действием турбулентных вихрей предыдущей решетки или для использования их в качестве дополнительного аппарата для направления отходящих газов. Особенно это эффективно при использовании водяных труб совместно с направляющими лопатками и газоотбойной стенкой и выполнении их поперечного сечения, отличным от круглого, например в виде овала, эллипса, треугольника, ромба, каплевидного контура или любой иной известной фигуры. Оси водяных труб 33 и направляющих лопаток 34 могут быть при необходимости не только прямолинейными, но и в виде любых известных линий, например ломаными, окружностями, параболами, гиперболами, эллипсами и т.д. При этом могут возникать дополнительные положительные эффекты, например при использовании парабол уменьшаются изгибные нагрузки на трубы от динамического воздействия отходящих газов. The axis of the water pipes 33 and the guide vanes 34 are located at an angle to the plane of the horizon 35. Moreover, the plane of the individual water pipes 33 or the lattices made up of them can be located not only in parallel planes, but also at an angle to one another, for example, in order to disrupt the conditions for the appearance of the resonance of their vibrations under the action of turbulent vortices of the previous lattice or for using them as an additional apparatus for directing exhaust gases. This is especially effective when using water pipes in conjunction with guide vanes and a gas outlet wall and making their cross section different from a round one, for example, in the form of an oval, ellipse, triangle, rhombus, drop-shaped contour or any other known figure. The axis of the water pipes 33 and the guide vanes 34 can, if necessary, not only be linear, but also in the form of any known lines, for example, broken lines, circles, parabolas, hyperbolas, ellipses, etc. In this case, additional positive effects may occur, for example, when using parabolas, bending loads on pipes from the dynamic effect of exhaust gases are reduced.
Поперечное сечение жаровой трубы 32 и газового тракта 2 могут не совпадать по форме и быть в виде круга, квадрата, эллипса или иной подходящей геометрической фигуры. В этом случае между ними должен быть соответствующий переходный сопрягающий канал. The cross section of the flame tube 32 and the gas path 2 may not coincide in shape and may be in the form of a circle, square, ellipse or other suitable geometric shape. In this case, there should be a corresponding transitional interface channel between them.
Направляющие лопатки 34 котла-утилизатора 19 могут иметь поперечное сечение, выполненное в виде прямых 36, расположенных под углом одна к другой и сопряженных между собой переходными линиями 37, то есть они будут составлены из плоских поверхностей и несложных, например цилиндрических или конических переходных поверхностей, соединенных между собой жестко, например сваркой, что значительно упрощает изготовление и последующую эксплуатацию и ремонт. Конические поверхности могут получиться, например, если направляющие лопатки будут выполнены в виде части кольца. The guide vanes 34 of the recovery boiler 19 may have a cross section made in the form of straight lines 36, arranged at an angle to one another and interconnected by transition lines 37, that is, they will be composed of flat surfaces and simple, for example cylindrical or conical transition surfaces, rigidly interconnected, for example by welding, which greatly simplifies the manufacture and subsequent operation and repair. Conical surfaces can be obtained, for example, if the guide vanes are made as part of a ring.
Котел-утилизатор 19 работает следующим образом. The waste heat boiler 19 operates as follows.
После начала работы модуля газогенератора 1 газотурбинной теплофикационной установки отходящие газы из газового тракта 2 газогенератора поступают в жаровую трубу 32, в которой направление их движения изменяют направляющие лопатки 34 и задняя наклонная газоотбойная стенка 34. Наибольшую часть потока естественно отклоняют и распределяют по водяным трубам 33 направляющие лопатки 34, а незначительную оставшуюся часть - газоотбойная стенка 20. При этом отходящие газы с наименьшими потерями и оптимальной турбулизацией и потерями кинетической энергии, которые могут быть рассчитаны или получены опытным путем, омывают охлаждаемые направляющие лопатки 34 и водяные трубы 33, не нарушая динамическую и естественную конвективную тягу в выпускном модуле 15. При этом снижается шум от работы установки и от турбулентных вихрей в котле-утилизаторе 19. After the start of operation of the module of the gas generator 1 of the gas turbine heating installation, the exhaust gases from the gas path 2 of the gas generator enter the flame tube 32, in which the direction vanes 34 and the rear inclined gas outlet wall 34 change their direction. The largest part of the flow is naturally deflected and distributed along the water pipes 33 the blades 34, and the insignificant remaining part is the baffle wall 20. In this case, the exhaust gases with the least losses and optimal turbulization and losses of the kinetic energy The arcs that can be calculated or obtained experimentally wash the cooled guide vanes 34 and water pipes 33 without disturbing the dynamic and natural convective traction in the exhaust module 15. This reduces the noise from the operation of the installation and from the turbulent vortices in the recovery boiler 19.
В контуре теплообмена 31 котла-утилизатора 19 в качестве теплоносителя могут быть использованы различные жидкости, например низкозамерзающие, такие как этиленгликолевый антифриз или ТОСОЛ, легкокипящие - фреоны, труднокипяшие - силиконовые жидкости. Каждый вид теплоносителя выбирается исходя из условий назначения теплофикационной установки и потребителя тепла, например для ускорения теплопередачи при низком тепловом напоре можно использовать легкокипящие жидкости, для максимального удешевления затрат на эксплуатацию - воду, для специальных целей - антифризы или силиконовые жидкости. In the heat transfer circuit 31 of the recovery boiler 19, various liquids can be used as a heat carrier, for example, low-freezing liquids, such as ethylene glycol antifreeze or TOSOL, low-boiling - freons, slow-boiling - silicone fluids. Each type of heat carrier is selected based on the conditions of use of the heating installation and the heat consumer, for example, low-boiling liquids can be used to accelerate heat transfer at low heat pressure, water can be used to reduce the cost of operating costs, and antifreezes or silicone fluids can be used for special purposes.
Claims (9)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2000116604/06A RU2171903C1 (en) | 2000-06-28 | 2000-06-28 | Modular mobile gas-turbine power-and-heat generation plant and shell boiler for plant |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2000116604/06A RU2171903C1 (en) | 2000-06-28 | 2000-06-28 | Modular mobile gas-turbine power-and-heat generation plant and shell boiler for plant |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2171903C1 true RU2171903C1 (en) | 2001-08-10 |
Family
ID=48235468
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2000116604/06A RU2171903C1 (en) | 2000-06-28 | 2000-06-28 | Modular mobile gas-turbine power-and-heat generation plant and shell boiler for plant |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2171903C1 (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2606298C1 (en) * | 2015-08-31 | 2017-01-10 | Публичное акционерное общество Научно-производственное объединение "Искра" | Exhaust system |
| RU182392U1 (en) * | 2017-05-29 | 2018-08-15 | Акционерное общество "ЭКАТ" | Exhaust system |
| CN112302798A (en) * | 2020-11-16 | 2021-02-02 | 无锡华南钢结构环保有限公司 | Ventilation mechanism for gas turbine air intake system |
| CN115288651A (en) * | 2021-01-26 | 2022-11-04 | 烟台杰瑞石油装备技术有限公司 | Fracturing device |
-
2000
- 2000-06-28 RU RU2000116604/06A patent/RU2171903C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2606298C1 (en) * | 2015-08-31 | 2017-01-10 | Публичное акционерное общество Научно-производственное объединение "Искра" | Exhaust system |
| RU182392U1 (en) * | 2017-05-29 | 2018-08-15 | Акционерное общество "ЭКАТ" | Exhaust system |
| CN112302798A (en) * | 2020-11-16 | 2021-02-02 | 无锡华南钢结构环保有限公司 | Ventilation mechanism for gas turbine air intake system |
| CN115288651A (en) * | 2021-01-26 | 2022-11-04 | 烟台杰瑞石油装备技术有限公司 | Fracturing device |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6205768B1 (en) | Catalytic arrangement for gas turbine combustor | |
| US10092886B2 (en) | Fluid mixer and heat exchange system using same | |
| CA2768905C (en) | Swirl reducing gas turbine engine recuperator | |
| US20100031662A1 (en) | Turbomachine injection nozzle including a coolant delivery system | |
| EP0687865A1 (en) | Low NOx combustor retro-fit system for gas turbines | |
| JPH05196232A (en) | Back fire-resistant fuel staging type premixed combustion apparatus | |
| JP2019105438A (en) | Thimble assembly for introducing cross-flow into secondary combustion zone | |
| CN101802365A (en) | Trapped vortex combustion chamber | |
| CN102226449B (en) | Working medium heating device of gas turbine solar power generation system | |
| EP1946008B1 (en) | Device for heating, generating electric power, and cooling enclosed spaces | |
| US20100242488A1 (en) | gas turbine engine and method of operation | |
| RU2171903C1 (en) | Modular mobile gas-turbine power-and-heat generation plant and shell boiler for plant | |
| CN102725497A (en) | Micro-turbine combustor | |
| KR950006874B1 (en) | Gas turbine apparatus with a tube-nested combustion chamber type combustor | |
| RU2604146C2 (en) | Combustion chamber (versions) and method of fuel distribution in combustion chamber | |
| EP0767868B1 (en) | Pressure vessel fuel nozzle support for an industrial gas turbine engine | |
| WO2013099582A1 (en) | Catalytic combustor in gas turbine engine | |
| US3861150A (en) | Low pollution vapor engine systems | |
| CN114622993A (en) | Offset type miniature gas turbine generator set | |
| RU2493493C1 (en) | Gas turbine engine combustion chamber | |
| RU2615301C2 (en) | Multi-operated heat generator | |
| JP2014202475A (en) | Catalytic combustion air heating system | |
| Bauermeister et al. | A 9.25 MW industrial gas turbine with extreme low dry NOx and CO emissions | |
| US20070137206A1 (en) | Gas turbine combustion chamber | |
| CN117091125B (en) | Integrated device for afterburning of tail exhaust-heat boiler of gas turbine |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20090629 |