RU127408U1

RU127408U1 - GAS TURBINE ANTI-ICE SYSTEM

Info

Publication number: RU127408U1
Application number: RU2012139468/06U
Authority: RU
Inventors: Павел Петрович Белоусов; Павел Иванович Оклей; Валерий Евгеньевич Назаров; Александр Вадимович Матвеев; Сергей Александрович Генварёв; Игорь Владимирович Будаков
Original assignee: Открытое акционерное общество "ИНТЕР РАО ЕЭС"
Priority date: 2012-09-17
Filing date: 2012-09-17
Publication date: 2013-04-27

Abstract

1. Антиобледенительная система (АОС) газовой турбины (ГТ), содержащая распределительный воздухопровод, транспортирующий в соединенный с компрессором ГТ воздухозаборный тракт (ВЗТ) нагретый воздух, удаляемый из теплового укрытия ГТ с размещенными в нем компрессором, на вход которого поступает атмосферный воздух из воздухоочистительного устройства (ВОУ) воздухозаборного тракта, камерой сгорания и ГТ, диффузор которой соединен с котлом-утилизатором, находящимся за пределами теплового укрытия, отличающаяся тем, что удаляемый из теплового укрытия ГТ нагретый воздух поступает на вход ВОУ ВЗТ или на вход ВОУ ВЗТ и в атмосферу.2. АОС ГТ по п.1, отличающаяся тем, что тепловое укрытие представляет собой металлический корпус или кожух, через верхнюю часть которого поступает поток воздуха, охлаждающий поверхность ГТ и компрессора.3. АОС ГТ по любому из пп.1 и 2, отличающаяся тем, что в тепловом укрытии ГТ расположены система вентиляции, освещения, система обнаружения и тушения поджара, система обнаружения горючих газов и/или датчик, приводящий в действие сигнализацию при повышении температуры в укрытии.4. АОС ГТ по любому из пп.1 и 2, отличающаяся тем, что ВЗТ состоит из ВОУ, блока шумоглушения и воздуховодов.5. АОС ГТ по любому из пп.1 и 2, отличающаяся тем, что нагретый воздух из теплового укрытия ГТ удаляется при помощи вентиляторов.6. АОС ГТ по любому из пп.1 и 2, отличающаяся тем, что изменение направления транспортировки нагретого воздуха осуществляется с помощью установленных на распределительном воздуховоде шиберов.1. An anti-icing system (AOC) of a gas turbine (GT), containing a distribution air duct transporting heated air to the air intake tract (VZT) connected to the GT compressor, removed from the thermal cover of the GT with a compressor placed in it, to which atmospheric air enters from the air-cleaning device (HEU) of the air intake path, combustion chamber and GT, the diffuser of which is connected to the recovery boiler located outside the thermal shelter, characterized in that it is removed from the thermal rytiya HT heated air is input to or HEU TVZ input HEU TVZ and atmosferu.2. AOC GT according to claim 1, characterized in that the thermal cover is a metal casing or casing, through the upper part of which a stream of air enters, cooling the surface of the GT and compressor. AOC GT according to any one of claims 1 and 2, characterized in that in the thermal shelter of the GT there is a ventilation system, lighting, a fire detection and extinguishing system, a combustible gas detection system and / or a sensor that activates an alarm when the temperature in the shelter increases. four. AOS GT according to any one of claims 1 and 2, characterized in that the VZT consists of a HEU, a noise suppression unit and air ducts. 5. AOC GT according to any one of claims 1 and 2, characterized in that the heated air from the thermal shelter of the GT is removed by fans. AOS GT according to any one of claims 1 and 2, characterized in that the change in the direction of transportation of the heated air is carried out using the gates installed on the distribution duct.

Description

Полезная модель относится к области энергетики, а именно - к системам обслуживания воздухозаборного тракта (ВЗТ) газотурбинных двигателей (ГТД) и может быть использована для всех типов газовых турбин (ГТ) и двигателей внутреннего сгорания.The utility model relates to the field of energy, namely, to service systems for the air intake path (VZT) of gas turbine engines (GTE) and can be used for all types of gas turbines (GT) and internal combustion engines.

ГТД, используемые в качестве привода энергетических и силовых установок, требуют, как правило, высокую степень очистки поступающего в воздухоочистительную установку (ВОУ) наружного (атмосферного, циклового) воздуха, охлаждение (вентиляцию) лопаток и других деталей турбины с целью исключения их перегрева и выхода из строя, а также наличие используемой в зимнее время (при температуре наружного воздуха ниже+5°С и выше -10°С антиобледенительной системы (АОС).GTE, used as a drive for power and power plants, require, as a rule, a high degree of purification of the outside (atmospheric, cycle) air entering the air-cleaning unit (HEU), cooling (ventilation) of the blades and other parts of the turbine in order to prevent their overheating and exit out of order, as well as the presence of an anti-icing system (AOS) used in winter (at an outdoor temperature below + 5 ° C and above -10 ° C).

Недостаточно эффективная очистка циклового воздуха приводит к эрозионному износу и загрязнению проточной части двигателя, изменяет треугольники скоростей рабочего тела по проточной части компрессора и турбины, может вызвать засорение каналов систем охлаждения лопаток турбины и, как следствие, приводит к снижению КПД и перерасходу топлива. Подготовку циклового воздуха и снижение шума всасывания компрессора до уровня санитарных норм обеспечивает многофункциональное устройство - воздухозаборный тракт. Отсутствие же АОС может привести к заносу фильтров снегом, образованию на них инея или наледи, и, как следствие, к увеличению вибрации компрессора ГТД вследствие приближения компрессора к зоне неустойчивой работы по причине изменения его характеристик или изменения положения входного направляющего аппарата (ВНА), влияющего на расход циклового воздуха и исполняющего функцию регулятора температуры выхлопных газов ГТ.Insufficiently effective cleaning of cyclic air leads to erosion and contamination of the engine duct, changes the velocity triangles of the working fluid along the compressor and turbine ducts, and can cause clogging of the cooling channels of the turbine blades and, as a result, leads to a decrease in fuel efficiency and excessive consumption. The preparation of cyclic air and the reduction of compressor suction noise to the level of sanitary standards is provided by a multifunctional device - an air intake path. The absence of AOS can lead to drift of filters by snow, the formation of frost or frost on them, and, as a result, to an increase in the vibration of the gas turbine compressor due to the compressor approaching the zone of unstable operation due to a change in its characteristics or a change in the position of the input guide vane (VNA), which affects on the consumption of cyclic air and the acting as a controller of the temperature of the exhaust gases of the GT.

Недостатком конструкции известного (рис.5.3. стр.127 С.В.Цанев, В.Д.Буров, А.Н.Ремизов. Газотурбинные и парогазовые установки тепловых электростанций. - М.: «МЭИ», 2002. - 574 с.) соединенного с компрессором ГТ ВЗТ, состоящего из комплексного воздухоочистителя (ВОУ - воздухоочистительная установка), блока шумоглушения и воздуховодов, является отсутствие в нем системы подогрева поступающего из атмосферы воздуха перед его подачей в компрессор ГТ, а также системы, предотвращающей обледенение элементов (система фильтров) ВОУ в зимний период.The disadvantage of the design is well-known (Fig. 5.3. P. 127 S.V. Tsanev, V.D. Burov, A.N. Remizov. Gas-turbine and combined-cycle plants of thermal power plants. - M.: MPEI, 2002. - 574 p. ) connected to the GT compressor VZT, consisting of a complex air purifier (HEU - air cleaning unit), a noise suppression unit and air ducts, is the lack of a heating system for the air coming from the atmosphere before it is supplied to the GT compressor, as well as a system that prevents icing of the elements (filter system ) HEU in the winter.

Известна (рис.5.7. стр.129 С.В.Цанев, В.Д.Буров, А.Н.Ремизов. Газотурбинные и парогазовые установки тепловых электростанций. - М.: «МЭИ», 2002. - 574 с.) АОС система ГТУ типа GT8C-FJ\\AO «АВВ-Невский», в которой для подогрева поступающего в компрессор ГТ циклового воздуха используется автономный источник греющего пара - специально для этого установленный паровой котел, что увеличивает удельный расход топлива на производство электроэнергии.Known (Fig.5.7. P.129 S.V. Tsanev, V.D. Burov, A.N. Remizov. Gas-turbine and combined-cycle plants of thermal power plants. - M.: MPEI, 2002. - 574 p.) AOS GTU system type GT8C-FJ \\ AO “AVV-Nevsky", in which an autonomous source of heating steam is used to heat the cyclic air entering the GT compressor - a specially installed steam boiler, which increases the specific fuel consumption for electricity generation.

Известна используемая заводами по изготовлению энергетических газовых турбин (ОАО «НПО «САТУРН» г.Рыбинск, ОАО «Силовые машины» г.Санкт-Петербург) система подогрева циклового воздуха путем подачи на вход ВОУ используемого в компрессоре сжатого воздуха. Недостатком данной схемы является снижение полезной мощности газотурбинной установки (ГТУ) при включении АОС из-за повышения расхода сжимаемого воздуха.A known system used to manufacture energy gas turbines (OJSC NPO SATURN Rybinsk, OJSC Power Machines St. Petersburg) is a system for heating cyclic air by supplying compressed air to the HEU inlet. The disadvantage of this scheme is the decrease in the useful power of the gas turbine unit (GTU) when the AOS is turned on due to an increase in the flow of compressible air.

Известна (Повышение эффективности работы энергосистем: Труды. ИГЭУ Вып.IX / Под ред. В.А.Шуина, М.Ш.Мисриханова, А.В.Мошкарина. - М.: Энергоатомиздат, 2009., - 572 с. - С.50) система охлаждения ГТ ГТД-110 производства НПО «Сатурн», состоящая, в том числе из теплового укрытия ГТ с размещенными в нем компрессором, на вход которого поступает воздух из ВОУ ВЗТ, камерой сгорания и ГТ, диффузор которой соединен с котлом-утилизатором, находящимся за пределами теплового укрытия. Поверхность ГТ, камеры сгорания и компрессора охлаждаются организованным потоком воздуха, поступающим из цеха главного корпуса (ГК), где располагается (ГТУ). Нагретый воздух из теплового укрытия удаляется в атмосферу установленными на напорном воздухопроводе вентиляторами. Недостатком такой тепловой схемы ГТУ являются тепловые потери: нагретый воздух теплового укрытия не используется в технологических схемах ГТУ и удаляется в окружающую среду.Known (Improving the efficiency of energy systems: Proceedings. IHEU Issue IX / Edited by V.A. Shuin, M.Sh. Misrikhanov, A.V. Moshkarin. - M.: Energoatomizdat, 2009., - 572 p. - C .50) the cooling system of GT GT-110 manufactured by NPO Saturn, including, among other things, the thermal shelter of the GT with a compressor placed in it, the air inlet from the HEU VZT, a combustion chamber and GT, the diffuser of which is connected to the boiler a heat exchanger located outside the thermal shelter. The surface of the gas turbine, the combustion chamber and the compressor are cooled by an organized air flow coming from the workshop of the main building (GC), where it is located (gas turbine). Heated air from the thermal cover is removed to the atmosphere by fans installed on the pressure air duct. The disadvantage of such a thermal circuit of a gas turbine is heat loss: the heated air of a thermal shelter is not used in the technological schemes of a gas turbine and is removed into the environment.

Наиболее близкой по совокупности существенных признаков к заявляемой полезной модели является, принятая за прототип, известная (УДК 621.438 «Энергосбережение низкопотенциального тепла воздуха теплового укрытия ГТД-110». B.C.Рабенко, И.В.Будаков, П.П.Белоусов, стр.54, рис.4 (б)) АОС ГТ ГТД-110 производства НПО «Сатурн», в которой для подогрева поступающего в компрессор циклового воздуха используется нагретый воздух теплового укрытия системы охлаждения ГТ, поступающий в ВЗТ на пути от ВОУ до первой ступени компрессора. Недостатком данного прототипа является отсутствие подогрева элементов ВОУ.The closest set of essential features to the claimed utility model is the one adopted for the prototype, known (UDC 621.438 “Energy Saving of Low Potential Heat of Air from Thermal Shelter GTD-110.” BCRabenko, I.V. Budakov, P.P. Belousov, p. 54 , Fig. 4 (b)) AOS GT GTD-110 manufactured by NPO Saturn, in which the heated air of the thermal cover of the GT cooling system is used to heat the cyclic air entering the compressor, which enters the VZT on the way from the HEU to the first compressor stage. The disadvantage of this prototype is the lack of heating of HEU elements.

Задача, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, состоит в снижении удельного расхода топлива на производство электроэнергии путем применения энергосберегающих технологий.The problem to which the claimed utility model is directed is to reduce the specific fuel consumption for electricity production through the use of energy-saving technologies.

Технический результат, получаемый при осуществлении настоящей полезной модели, заключается в увеличении эффективности АОС и исключении затрат на ее эксплуатацию.The technical result obtained in the implementation of this utility model is to increase the efficiency of AOS and eliminate the cost of its operation.

Данный технический результат достигается за счет того, что в антиобледенительной системе газовой турбины, содержащей распределительный воздухопровод, транспортирующий в соединенный с компрессором газовой турбины воздухозаборный тракт нагретый воздух, удаляемый из теплового укрытия газовой турбины с размещенными в нем компрессором, на вход которого поступает атмосферный воздух из воздухоочистительного устройства воздухозаборного тракта, камерой сгорания и газовой турбиной, диффузор которой соединен с котлом-утилизатором, находящимся за пределами теплового укрытия, удаляемый из теплового укрытия газовой турбины нагретый воздух поступает на вход воздухоочистительного устройства воздухозаборного тракта или на вход воздухоочистительного устройства воздухозаборного тракта и в атмосферу.This technical result is achieved due to the fact that in an anti-icing system of a gas turbine containing a distribution air duct transporting heated air to a gas duct connected to a compressor of a gas turbine, it is removed from the thermal cover of the gas turbine with a compressor placed therein, to which atmospheric air enters an air purifying device of the intake path, a combustion chamber and a gas turbine, the diffuser of which is connected to a recovery boiler, located outside the thermal cover, the heated air removed from the thermal cover of the gas turbine enters the inlet of the air-cleaning device of the intake duct or to the inlet of the air-cleaning device of the intake duct and into the atmosphere.

При поступлении удаляемого из теплового укрытия ГТ нагретого воздуха на вход ВОУ ВЗТ происходит смешение холодного атмосферного воздуха с горячим воздухом теплового укрытия ГТ, в результате чего на фильтры ВОУ ВЗТ и далее на входной направляющий аппарат компрессора поступает подогретый воздух, предотвращающий одновременно обледенение элементов ВОУ и лопастей компрессора. Удаление нагретого воздуха из теплового укрытия ГТ осуществляется обычно при помощи установленных на выходящем из теплового укрытия ГТ напорном воздуховоде вентиляторов.Upon receipt of heated air removed from the thermal cover of the GT of the HTU VZT inlet, cold atmospheric air mixes with the hot air of the GT thermal shelter, as a result of which heated air comes into the HEU VZT filters and then to the compressor inlet guide block, which simultaneously prevents icing of the HEU elements and blades compressor. The removal of heated air from the thermal shelter of the gas turbine is usually carried out by means of the pressure fans installed on the outlet from the thermal shelter of the gas turbine.

Воздух теплового укрытия подается на вход ВОУ при температуре наружного воздуха ниже +5°С. Если же в результате смешения температура воздуха перед компрессором ГТ превысит +15°С, то часть воздуха теплового укрытия сбрасывается в атмосферу. Изменение направления транспортировки нагретого воздуха осуществляется с помощью установленных на распределительном воздуховоде шиберов.Thermal shelter air is supplied to the HEU inlet at an outdoor temperature below + 5 ° C. If, as a result of mixing, the air temperature in front of the GT compressor exceeds + 15 ° C, then part of the air from the thermal shelter is discharged into the atmosphere. Changing the direction of transportation of heated air is carried out using the gates installed on the distribution duct.

Таким образом, за счет утилизации (рециклирования) низкопотенциального тепла воздуха системы охлаждения ГТ исключаются дополнительные затраты топлива на функционирование заявленной АОС ГТУ.Thus, due to the utilization (recycling) of low-grade heat from the air of the GT cooling system, additional fuel costs for the operation of the declared AOS gas turbine are eliminated.

Тепловое укрытие представляет собой металлический корпус или кожух, являющийся автономным, защищенным от внешних воздействий, изолированным и шумозащищенным сооружением, смонтированным на платформе турбоагрегата ГТУ, через верхнюю часть которого поступает из ГК или атмосферы поток воздуха, охлаждающий поверхность ГТ и компрессора. В тепловом укрытии, как правило, предусмотрены система вентиляции, освещения, система обнаружения и тушения поджара, система обнаружения горючих газов и/или датчик, приводящий в действие сигнализацию при повышении температуры в укрытии.Thermal shelter is a metal case or casing, which is autonomous, protected from external influences, insulated and noiseproof, mounted on the platform of the turbo-turbine unit, through the upper part of which air flows from the gas condensate or atmosphere, cooling the surface of the gas turbine and compressor. In a thermal shelter, as a rule, there is provided a ventilation system, lighting, a fire detection and extinguishing system, a combustible gas detection system and / or a sensor that activates an alarm when the temperature in the shelter rises.

ВЗТ - многофункциональное устройство, состоящее из ВОУ, блока шумоглушения и воздуховодов.VZT is a multifunctional device consisting of a HEU, a noise suppression unit and air ducts.

В частном случае исполнения полезной модели увеличение температуры поступающего на фильтры ВОУ и компрессор воздуха возможно как за счет подачи в ВЗТ горячего воздуха из компрессора ГТ, так и за счет горячего воздуха теплового укрытия.In the particular case of the utility model, an increase in the temperature of the air entering the HEU filters and the compressor is possible both due to the supply of hot air from the GT compressor to the VZT, and also due to the hot air of the thermal shelter.

Для пояснения сущности заявленной полезной модели представлена фигура, на которой изображена тепловая схема АОС ГТ.To clarify the essence of the claimed utility model, a figure is presented, which shows the thermal diagram of AOS GT.

Ниже на примере описания конструкции и работы конкретной АОС ГТ представлены сведения, подтверждающие возможность осуществления заявленной полезной модели с получением вышеуказанного технического результата.Below, on an example of a description of the design and operation of a particular AOS GT, information is presented confirming the possibility of implementing the claimed utility model to obtain the above technical result.

Система охлаждения ГТ состоит из теплового укрытия 1 ГТ в виде корпуса с размещенными в нем компрессором 2, камерой сгорания 3 и ГТ 4, диффузор 5 которой соединен с котлом-утилизатором, находящимся за пределами теплового укрытия, соединенного с ним напорного воздуховода с основным и резервным дымососами ДС 1/ДС2 (вентиляторы) 6. Генератор ГТУ находится в ГК за пределами укрытия.The GT cooling system consists of a 1 GT thermal shelter in the form of a housing with a compressor 2 located in it, a combustion chamber 3 and GT 4, the diffuser 5 of which is connected to a recovery boiler located outside the thermal shelter connected to it by a pressure duct with the main and backup smoke exhausters ДС 1 / ДС2 (fans) 6. The gas turbine generator is located in the main building outside the shelter.

Установленный в тепловом укрытии 1 компрессор 2 соединен с ВЗТ 7, по которому на входной направляющий аппарат (на фиг. не показан) компрессора 2 поступает очищенный атмосферный воздух из ВОУ 8 ВЗТ 7.The compressor 2 installed in the thermal shelter 1 is connected to the VZT 7, through which purified atmospheric air from the HEU 8 of the VZT 7 enters the inlet guide apparatus (not shown in FIG.) Of the compressor 2.

В результате работы установленных на напорном воздуховоде ДС 1 (ДС 2) 6 в тепловом укрытии 1 ГТ создается разряжение, за счет чего туда через верхнюю часть теплового укрытия поступает из помещения (ГК) или атмосферы воздух, который, охлаждая ГТД (компрессор 2, камеру сгорания 3 и ГТ 4) нагревается и удаляется из теплового укрытия 1. Напорный воздуховод теплового укрытия 1 с ДС 1 (ДС 2) 6 соединен с распределительным воздуховодом (указан пунктиром на фиг), транспортирующим нагретый воздух из теплового укрытия далее согласно тепловой схеме:As a result of the operation of the ДС 1 (ДС 2) 6 installed on the pressure duct in the thermal shelter 1 ГТ, a vacuum is created, due to which air flows through the upper part of the thermal shelter from the room (ГК) or the atmosphere, which, cooling the gas turbine engine (compressor 2, chamber Combustion 3 and GT 4) is heated and removed from the thermal shelter 1. The pressure duct of the thermal shelter 1 with the ДС 1 (ДС 2) 6 is connected to the distribution duct (indicated by the dotted line in FIG.), transporting heated air from the thermal shelter further according to the thermal diagram:

- на фильтры 9 ВОУ 8 через раздающие сопла 10,- filters 9 HEU 8 through the dispensing nozzle 10,

- в атмосферу (если температура воздуха перед компрессором газовой турбины превысит +15°С),- into the atmosphere (if the air temperature in front of the gas turbine compressor exceeds + 15 ° C),

- в оба направления (промежуточное положение шиберов).- in both directions (intermediate position of gates).

Изменение режимов работы (направления распределения нагретого воздуха теплового укрытия) АОС осуществляется за счет установки на распределительном воздуховоде шиберов 11 (запорное устройство типа заслонки), каждый из которых может находиться в открытом, закрытом или промежуточном положениях.Changing the operating modes (the direction of distribution of the heated air of the thermal shelter) of the AOS is carried out by installing gates 11 (a shutter type shutter) on the distribution duct, each of which can be in open, closed or intermediate positions.

В результате смешения на входе ВОУ 8 ВЗТ 7 холодного атмосферного воздуха с горячим воздухом теплового укрытия 1 на фильтры 9 ВОУ 8 ВЗТ 7 и далее на входной направляющий аппарат 8 компрессора 2 поступает подогретый воздух, предотвращающий обледенение элементов ВОУ и одновременно лопастей компрессора.As a result of mixing at the inlet of HEU 8 VZT 7 of cold atmospheric air with hot air of a thermal shelter 1, heated air is supplied to filters 9 of HEU 8 of VZT 7 and then to the inlet guide apparatus 8 of compressor 2, which prevents icing of HEU elements and at the same time of the compressor blades.

Claims

1. An anti-icing system (AOC) of a gas turbine (GT), containing a distribution air duct transporting heated air to the air intake tract (VZT) connected to the GT compressor, removed from the thermal cover of the GT with a compressor placed in it, to which atmospheric air enters from the air-cleaning device (HEU) of the air intake path, combustion chamber and GT, the diffuser of which is connected to the recovery boiler located outside the thermal shelter, characterized in that it is removed from the thermal rytiya HT heated air is input to or TVZ POC POC TVZ input and to the atmosphere.

2. AOS GT according to claim 1, characterized in that the thermal cover is a metal casing or casing, through the upper part of which a stream of air enters, cooling the surface of the GT and the compressor.

3. AOS GT according to any one of claims 1 and 2, characterized in that in the thermal shelter of the GT there is a ventilation system, lighting, a fire detection and extinguishing system, a combustible gas detection system and / or a sensor that activates an alarm when the temperature rises shelter.

4. AOS GT according to any one of claims 1 and 2, characterized in that the VZT consists of a HEU, a noise suppression unit and air ducts.

5. AOS GT according to any one of claims 1 and 2, characterized in that the heated air from the thermal cover of the GT is removed using fans.

6. AOS GT according to any one of claims 1 and 2, characterized in that the change in the direction of transportation of the heated air is carried out using the gates installed on the distribution duct.