RU128659U1

RU128659U1 - AUTONOMOUS GAS TURBINE POWER PLANT WITH MULTI-CIRCUIT HEAT POWER PLANT

Info

Publication number: RU128659U1
Application number: RU2012137474/06U
Authority: RU
Inventors: Павел Валерьевич Коваленко; Василина Васильевна Коваленко; Сергей Федорович Степанов; Иван Иванович Артюхов; Александр Борисович Дубинин
Original assignee: Павел Валерьевич Коваленко; Василина Васильевна Коваленко; Сергей Федорович Степанов; Иван Иванович Артюхов; Александр Борисович Дубинин
Priority date: 2012-08-31
Filing date: 2012-08-31
Publication date: 2013-05-27

Abstract

Автономная газотурбинная электростанция с многоконтурной теплосиловой установкой, содержащая воздухозаборник (1), компрессор (2), первую и вторую газовые турбины (3, 4) разной мощности, первый и второй электрогенераторы (6, 7), рекуператор (13), первый испаритель (14), дымосос (16), первый насос (17) и первый кожухотрубный теплообменник-конденсатор (19), трубопровод подачи топлива (21), камеру сгорания (22), соответствующие входы которой соединены с выходом рекуператора (13) и трубопроводом подачи топлива (21), выход камеры сгорания (22) соединен со входом первой турбины (3), соединенную выходом с рекуператором (13), отличающаяся тем, что дополнительно содержит третью турбину Ренкина (5) с третьим электрогенератором (8), первый, второй и третий выпрямители (9, 10, 11), второй испаритель (15), второй кожухотрубный теплообменник-конденсатор (20), второй насос (18), инвертор (12), микропроцессорный блок управления (23), соединенный с управляющими входами выпрямителей (9, 10, 11) и инвертора (12), первый датчик тока (24), установленный на выходе первого выпрямителя (9), выход которого соединен с первым аналого-цифровым входом микропроцессорного блока управления (23), второй датчик тока (25), установленный на выходе второго выпрямителя (10), выход которого соединен со вторым аналого-цифровым входом микропроцессорного блока управления (23), третий датчик тока (26), установленный на выходе третьего выпрямителя (11), выход которого соединен с третьим аналого-цифровым входом микропроцессорного блока управления (23); первый датчик напряжения (27), установленный на выходе первого электрогенератора (6), выход которого соединен с четвертым аналого-цифровым входом микропроцессорного блAn autonomous gas turbine power plant with a multi-circuit thermal power plant containing an air intake (1), a compressor (2), first and second gas turbines (3, 4) of different capacities, first and second electric generators (6, 7), a recuperator (13), and the first evaporator ( 14), a smoke exhaust (16), a first pump (17) and a first shell-and-tube heat exchanger-condenser (19), a fuel supply pipe (21), a combustion chamber (22), the corresponding inputs of which are connected to the outlet of the recuperator (13) and the fuel supply pipe (21), the output of the combustion chamber (22) is connected to the input of the first turbines (3) connected by the outlet to a recuperator (13), characterized in that it further comprises a third Rankine turbine (5) with a third electric generator (8), first, second and third rectifiers (9, 10, 11), a second evaporator (15 ), a second shell-and-tube heat exchanger-condenser (20), a second pump (18), an inverter (12), a microprocessor control unit (23) connected to the control inputs of the rectifiers (9, 10, 11) and the inverter (12), the first current sensor (24) installed at the output of the first rectifier (9), the output of which is connected to the first analog-to-digital mic input processor control unit (23), a second current sensor (25) installed at the output of the second rectifier (10), the output of which is connected to the second analog-to-digital input of the microprocessor control unit (23), a third current sensor (26) installed at the output of the third a rectifier (11), the output of which is connected to the third analog-to-digital input of the microprocessor control unit (23); the first voltage sensor (27) installed at the output of the first generator (6), the output of which is connected to the fourth analog-digital input of the microprocessor unit

Description

Полезная модель относится к области электроэнергетики, а именно к классу газотурбинных установок для выработки электроэнергии, и является многоконтурной теплосиловой установкой, объединяющей в своем составе три электрогенерирующих модуля с различными рабочими телами.The utility model relates to the field of electric power industry, namely to the class of gas turbine units for generating electric power, and is a multi-circuit heat power unit combining three power generating modules with various working fluids.

Известна бинарная парогазовая установка, предназначенная для производства электроэнергии, содержащая компрессор низкого давления (КНД), промежуточный охладитель воздуха, компрессор высокого давления (КВД), камеру сгорания, газовую турбину, котел-утилизатор, паровую турбину, генератор тока (см. патент РФ на изобретение №2252323, МПК F01K 23/10, опубл. 20.05.2005 г.).Known binary combined-cycle plant for the production of electricity, containing a low pressure compressor (LPC), an intercooler, a high pressure compressor (HPC), a combustion chamber, a gas turbine, a waste heat boiler, a steam turbine, a current generator (see RF patent for invention No. 2252323, IPC F01K 23/10, publ. 05.20.2005).

Недостатком известной бинарной парогазовой установки является низкая эффективность использования первичного топлива для выработки электроэнергии.A disadvantage of the known binary combined cycle plant is the low efficiency of using primary fuel for generating electricity.

Известна парогазовая установка электростанции, содержащая газотурбинный блок, состоящий из газовой турбины, турбокомпрессора, камеры сгорания и электрогенератора, котел-утилизатора, паротурбинного блока, состоящего из паровой турбины с конденсатором, электрического генератора и питательного насоса, теплообменника-утилизатора теплоты уходящих газов, снабженного конденсатосборником с гидрозатвором (см. патент РФ на изобретение №2362022, МПК F01K 23/00, опубл. 20.07.2009 г.).A steam-gas installation of a power plant is known, comprising a gas turbine unit consisting of a gas turbine, a turbocompressor, a combustion chamber and an electric generator, a waste heat boiler, a steam turbine unit consisting of a steam turbine with a condenser, an electric generator and a feed pump, a waste heat exchanger-heat exchanger equipped with a condensate collector with a water lock (see RF patent for the invention No. 2362022, IPC F01K 23/00, publ. July 20, 2009).

Недостатком известной парогазовой установки также является низкая эффективность использования первичного топлива для выработки электроэнергии.A disadvantage of the known combined-cycle plant is also the low efficiency of using primary fuel to generate electricity.

Известна также система автоматического регулирования мощности парогазовой установки, включающей, по меньшей мере, одну газотурбинную установку с газовой турбиной, по меньшей мере, один котел-утилизатор и паротурбинную установку с паровой турбиной, оборудованной регулирующими клапанами, содержащая формирователь задания по мощности, регулятор мощности парогазовой установки, регуляторы мощности газовых турбин и регулятор паровой турбины, при этом регулятор мощности парогазовой установки содержит ограничитель скорости выходного сигнала, а регулятор паровой турбины - дифференциатор, сумматор и выделитель максимума сигналов небаланса заданных и текущих значений давления на входе в турбину и положения регулирующих клапанов паровой турбины, причем один из выходов формирователя задания мощности подключен к входу дифференциатора, выход последнего - к одному из входов сумматора, а к его другому входу - выход выделителя максимума (см. патент РФ на полезную модель №61349, МПК F01K 13/02, опубл. 27.02.2007 г.).Also known is a system for automatically controlling the power of a combined cycle plant, including at least one gas turbine unit with a gas turbine, at least one recovery boiler and a steam turbine unit with a steam turbine equipped with control valves, comprising a power driver, a combined cycle power regulator installations, power regulators of gas turbines and a steam turbine regulator, while the power regulator of a combined cycle plant contains an output signal speed limiter la, and the steam turbine regulator is a differentiator, an adder and a separator of the maximum unbalance signals of the set and current pressure values at the turbine inlet and the position of the steam turbine control valves, one of the outputs of the power task generator is connected to the input of the differentiator, the output of the latter to one of the inputs the adder, and to its other input is the output of the maximum isolator (see RF patent for utility model No. 61349, IPC F01K 13/02, publ. February 27, 2007).

Недостатком известной системы автоматического регулирования мощности парогазовой установки является низкое значение электрического КПД, что влечет за собой неэффективное использование топливного газа и приводит к значительному выбросу тепловых газов в атмосферу.A disadvantage of the known system for automatically controlling the power of a combined cycle plant is the low value of electric efficiency, which entails the inefficient use of fuel gas and leads to a significant release of thermal gases into the atmosphere.

Наиболее близким техническим решением к предложенной полезной модели является автономная газотурбинная электростанция с многоконтурной теплосиловой установкой, содержащая воздухозаборник, компрессор низкого давления, компрессор высокого давления, промежуточный охладитель, первую и вторую газовые турбины разной мощности, первый и второй электрогенераторы, рекуператор, первый испаритель, дымосос, первый насос и первый кожухотрубный теплообменник-конденсатор, трубопровод подачи топлива, водогазовый подогреватель, камеру сгорания, соответствующие входы которой соединены с выходом рекуператора и трубопроводом подачи топлива, выход камеры сгорания соединен со входом первой турбины, соединенную выходом с рекуператором, выход компрессора низкого давления соединен с промежуточным охладителем, а выход промежуточного охладителя соединен со входом компрессора высокого давления, выход рекуператора соединен со входом водогазового подогревателя, выход водогазового подогревателя соединен с первым испарителем (см. книгу Гохштейн Д.П. и др. Проблема повышения К.П.Д. паротурбинных электростанций. - М.: Госэнергоиздат, 1960, с.120-121, рис.8-9).The closest technical solution to the proposed utility model is an autonomous gas turbine power plant with a multi-circuit heat power plant, containing an air intake, a low pressure compressor, a high pressure compressor, an intercooler, the first and second gas turbines of different capacities, the first and second electric generators, a heat exchanger, a first evaporator, a smoke exhaust , first pump and first shell-and-tube heat exchanger-condenser, fuel supply pipe, gas-water heater, combustion chamber, s the corresponding inputs of which are connected to the outlet of the recuperator and the fuel supply pipe, the output of the combustion chamber is connected to the input of the first turbine, connected to the outlet of the recuperator, the output of the low pressure compressor is connected to the intercooler, and the output of the intercooler is connected to the inlet of the high pressure compressor, the output of the recuperator is connected to the input of the gas-water heater, the output of the gas-water heater is connected to the first evaporator (see book Gokhshtein D.P. et al. The problem of increasing KPD steam turbine power plants. - M.: Gosenergoizdat, 1960, p. 120-121, Fig. 8-9).

Однако недостатком известной автономной газотурбинной электростанции с многоконтурной теплосиловой установкой также является низкое значение электрического КПД, что влечет за собой неэффективное использование топливного газа и приводит к значительному выбросу тепловых газов в атмосферу.However, the disadvantage of the known autonomous gas turbine power plant with a multi-circuit thermal power plant is also the low value of electric efficiency, which entails the inefficient use of fuel gas and leads to a significant emission of thermal gases into the atmosphere.

Задачей, на решение которой направлена полезная модель, является повышение эффективности работы устройства при выработке электроэнергии.The task to which the utility model is directed is to increase the efficiency of the device during power generation.

Техническим результатом, достигаемым при решении настоящей задачи, является обеспечение максимального коэффициента использования энергии топлива для производства электроэнергии за счет введения третьего электрогенерирующего модуля с низкокипящим рабочим телом, отличным по свойствам от рабочего тела второго контура, а в качестве источника тепловой энергии для парообразования использования теплового потока выхлопных газов газовой турбины первого модуля.The technical result achieved in solving this problem is to ensure the maximum coefficient of fuel energy use for electricity production by introducing a third electricity generating module with a low boiling fluid, different in properties from the secondary fluid, and use heat flow as a heat source for vaporization exhaust gas turbine of the first module.

Указанный технический результат достигается тем, что автономная газотурбинная электростанция с многоконтурной теплосиловой установкой, содержащая воздухозаборник, компрессор, первую и вторую газовые турбины разной мощности, первый и второй электрогенераторы, рекуператор, первый испаритель, дымосос, первый насос и первый кожухотрубный теплообменник-конденсатор, трубопровод подачи топлива, камеру сгорания, соответствующие входы которой соединены с выходом рекуператора и трубопроводом подачи топлива, выход камеры сгорания соединен со входом первой турбины, соединенную выходом с рекуператором, согласно полезной модели, дополнительно содержит третью турбину Ренкина с третьим электрогенератором, первый, второй и третий выпрямители, второй испаритель, второй кожухотрубный теплообменник-конденсатор, второй насос, инвертор, микропроцессорный блок управления, соединенный с управляющими входами выпрямителей и инвертора, первый датчик тока, установленный на выходе первого выпрямителя, выход которого соединен с первым аналого-цифровым входом микропроцессорного блока управления, второй датчик тока, установленный на выходе второго выпрямителя, выход которого соединен со вторым аналого-цифровым входом микропроцессорного блока управления, третий датчик тока, установленный на выходе третьего выпрямителя, выход которого соединен с третьим аналого-цифровым входом микропроцессорного блока управления; первый датчик напряжения, установленный на выходе первого электрогенератора, выход которого соединен с четвертым аналого-цифровым входом микропроцессорного блока управления, второй датчик напряжения, установленный на выходе второго электрогенератора, выход которого соединен с пятым аналого-цифровым входом микропроцессорного блока управления, третий датчик напряжения, установленный на выходе третьего электрогенератора, выход которого соединен с шестым аналого-цифровым входом микропроцессорного блока управления, рекуператор, первый и второй испарители соединены последовательно, образуя газоход для продуктов сгорания, первый электрогенератор соединен со входом первого выпрямителя, второй электрогенератор соединен со входом второго выпрямителя, третий электрогенератор соединен со входом третьего выпрямителя, выходы выпрямителей соединены со входом постоянного тока инвертора, выход которого является выходом установки.The specified technical result is achieved in that an autonomous gas turbine power plant with a multi-circuit heat power plant containing an air intake, a compressor, first and second gas turbines of different capacities, first and second electric generators, a heat exchanger, a first evaporator, smoke exhaust, a first pump and a first shell-and-tube heat exchanger-condenser, a pipeline the fuel supply, the combustion chamber, the corresponding inputs of which are connected to the outlet of the recuperator and the fuel supply pipe, the output of the combustion chamber is connected to according to a utility model, the first turbine inlet connected to the outlet with a recuperator further comprises a third Rankine turbine with a third electric generator, first, second and third rectifiers, a second evaporator, a second shell-and-tube heat exchanger-condenser, a second pump, an inverter, a microprocessor control unit connected to the control the inputs of the rectifiers and the inverter, the first current sensor installed at the output of the first rectifier, the output of which is connected to the first analog-to-digital input of the microprocessor unit a second current sensor installed at the output of the second rectifier, the output of which is connected to the second analog-to-digital input of the microprocessor control unit, a third current sensor installed at the output of the third rectifier, the output of which is connected to the third analog-to-digital input of the microprocessor control unit; the first voltage sensor installed at the output of the first electric generator, the output of which is connected to the fourth analog-digital input of the microprocessor control unit, the second voltage sensor installed at the output of the second electric generator, the output of which is connected to the fifth analog-digital input of the microprocessor control unit, the third voltage sensor, installed on the output of the third electric generator, the output of which is connected to the sixth analog-to-digital input of the microprocessor control unit, the recuperator is the first the first and second evaporators are connected in series, forming a gas duct for the products of combustion, the first generator is connected to the input of the first rectifier, the second generator is connected to the input of the second rectifier, the third generator is connected to the input of the third rectifier, the outputs of the rectifiers are connected to the DC input of the inverter, the output of which is the output installation.

В предложенной автономной газотурбинной электростанции с многоконтурной теплосиловой установкой используется возможность более глубокой утилизации тепловой энергии газов, отработанных в газовой турбине. Процесс утилизации тепловой энергии газа осуществляется в рекуператоре и первом и втором испарителях при прохождении через них газового потока отработанных газов. Использование тепловой энергии отработанного газа в контуре третьего электрогенерирующего модуля, позволяет повысить общую мощность турбин и, соответственно, генераторов электрической энергии в трехконтурной схеме газотурбинной электрической станции. Предложенное техническое решение увеличивает эффективность утилизации тепла выхлопных газов.The proposed autonomous gas turbine power plant with a multi-circuit thermal power plant uses the possibility of a deeper utilization of the thermal energy of the gases exhausted in a gas turbine. The process of utilizing the thermal energy of the gas is carried out in the recuperator and the first and second evaporators when a gas stream of exhaust gases passes through them. The use of thermal energy of the exhaust gas in the circuit of the third electricity generating module, allows to increase the total power of the turbines and, accordingly, the generators of electric energy in a three-circuit circuit of a gas turbine power plant. The proposed technical solution increases the efficiency of heat recovery of exhaust gases.

Полезная модель иллюстрируется чертежом, на котором представлена блок-схема автономной газотурбинной электростанции с многоконтурной теплосиловой установкой. Позиции на чертеже обозначают следующее: 1 - воздухозаборник компрессора; 2 - компрессор; 3 - первая турбина; 4 - вторая газовая турбина; 5 -третья турбина; 6 - первый электрогенератор; 7 - второй электрогенератор; 8 - третий электрогенератор; 9 - первый выпрямитель; 10 - второй выпрямитель; 11 - третий выпрямитель; 12 - инвертор; 13 - рекуператор; 14 - первый испаритель; 15 - второй испаритель; 16 - дымосос; 17 - первый насос; 18 - второй насос; 19 - первый кожухотрубный теплообменник-конденсатор; 20 - второй кожухотрубный теплообменник-конденсатор; 21 - трубопровод подачи топлива; 22 - камера сгорания; 23 - микропроцессорный блок управления; 24 - первый датчик тока после первого выпрямителя 9; 25 - второй датчик тока после второго выпрямителя 10; 26 - третий датчик тока после третьего выпрямителя 11; 27 - первый датчик напряжения после первого электрогенератора 6; 28 - второй датчик напряжения после второго электрогенератора 7; 29 - третий датчик напряжения после третьего электрогенератора 8.The utility model is illustrated by a drawing, which shows a block diagram of an autonomous gas turbine power plant with a multi-circuit thermal power plant. The positions in the drawing indicate the following: 1 - compressor intake; 2 - compressor; 3 - the first turbine; 4 - second gas turbine; 5th third turbine; 6 - the first electric generator; 7 - second electric generator; 8 - the third electric generator; 9 - the first rectifier; 10 - the second rectifier; 11 - the third rectifier; 12 - inverter; 13 - recuperator; 14 - the first evaporator; 15 - second evaporator; 16 - smoke exhaust; 17 - the first pump; 18 - second pump; 19 - the first shell-and-tube heat exchanger-condenser; 20 - second shell-and-tube heat exchanger-condenser; 21 - fuel supply pipe; 22 - a combustion chamber; 23 - microprocessor control unit; 24 - the first current sensor after the first rectifier 9; 25 - the second current sensor after the second rectifier 10; 26 - the third current sensor after the third rectifier 11; 27 - the first voltage sensor after the first electric generator 6; 28 - the second voltage sensor after the second generator 7; 29 - the third voltage sensor after the third electric generator 8.

Автономная газотурбинная электростанция с многоконтурной теплосиловой установкой является разновидностью теплосиловых установок, содержащих три электрогенерирующих модуля: первый из которых представляет газотурбинную установку, а второй и третий - газотурбинные установки с циклом Ренкина и низкокипящими рабочими телами.An autonomous gas turbine power plant with a multi-circuit heat power plant is a type of heat power plants containing three power generating modules: the first of which is a gas turbine plant, and the second and third are gas turbine plants with a Rankine cycle and low boiling fluids.

Автономная газотурбинная электростанция с многоконтурной теплосиловой установкой содержит воздухозаборник (1), компрессор (2), три газовые турбины разной мощности (3,4, 5), три электрогенератора (6, 7, 8), три выпрямителя (9,10,11), выходной инвертор (12), рекуператор (13), два испарителя (14, 15), дымосос (16), два насоса (17, 18) и два кожухотрубных теплообменника-конденсатора (19, 20), трубопровод подачи топлива (21), камеру сгорания (22), соответствующие входы которой соединены с выходом компрессора (2) и трубопроводом подачи топлива (21), выход камеры сгорания (22) подсоединен к входу первой турбины (3), соединенной выходом с первым рекуператором (13). Турбина (3) с компрессором (2), электрогенератором (6), выпрямителем (9), рекуператором (13) образуют первый электрогенерирующий модуль. Второй и третий модули выполнены по одинаковой схеме и содержат турбины Ренкина (4, 5) с электрогенераторами (7, 8) и выходными выпрямителями (10, 11), испарители (14, 15), кожухотрубные теплообменники-конденсаторы (19, 20), насосы (17, 18) для испарения, охлаждения и перекачки рабочих тел. Рекуператор (13) и испарители (14, 15) соединены последовательно, образуя газоход для продуктов сгорания топлива в камере сгорания (22), которые являются источником тепловой энергии для нагрева рабочих тел второго и третьего модулей, а также являются рабочим телом в первом модуле. Выходы выпрямителей (9, 10, 11) соединены с входом постоянного тока инвертора (12), выход которого является выходом устройства. Первый, второй и третий выходы микропроцессорного блока управления (23) соединены соответственно с управляющими входами первого, второго и третьего выпрямителей (9, 10, 11) и четвертый выход микропроцессорного блока управления соединен с управляющим входом инвертора (12). Для управления инвертором (12) используются датчики тока (24, 25, 26), установленные на выходе трех выпрямителей (9, 10, 11) соответственно. Цифровой выход первого датчика тока (24) соединен с первым входом микропроцессорного блока управления (23), выход второго датчика тока (25) соединен со вторым входом микропроцессорного блока управления (23), выход третьего датчика тока (26) соединен с третьим входом микропроцессорного блока управления (23). Для поддержания заданной мощности генераторов (6, 7, 8) на выходе трех генераторов установлены первый (27), второй (28) и третий (29) датчики напряжения, выходы которых соединены с четвертым, пятым и шестым входами микропроцессорного блока управления (23) соответственно.An autonomous gas turbine power plant with a multi-circuit thermal power plant contains an air intake (1), a compressor (2), three gas turbines of different capacities (3.4, 5), three electric generators (6, 7, 8), three rectifiers (9,10,11) , output inverter (12), recuperator (13), two evaporators (14, 15), smoke exhaust (16), two pumps (17, 18) and two shell-and-tube heat exchanger-condenser (19, 20), fuel supply pipe (21) , a combustion chamber (22), the corresponding inputs of which are connected to the output of the compressor (2) and the fuel supply pipe (21), the output of the combustion chamber (22) Inonii to the input of the first turbine (3) connected to the first output heat exchanger (13). The turbine (3) with a compressor (2), an electric generator (6), a rectifier (9), a recuperator (13) form the first electricity generating module. The second and third modules are made in the same way and contain Rankine turbines (4, 5) with electric generators (7, 8) and output rectifiers (10, 11), evaporators (14, 15), shell-and-tube heat exchangers-condensers (19, 20), pumps (17, 18) for evaporation, cooling and pumping of working fluids. The recuperator (13) and evaporators (14, 15) are connected in series, forming a gas duct for the products of fuel combustion in the combustion chamber (22), which are a source of thermal energy for heating the working fluids of the second and third modules, and also are the working fluid in the first module. The outputs of the rectifiers (9, 10, 11) are connected to the DC input of the inverter (12), the output of which is the output of the device. The first, second and third outputs of the microprocessor control unit (23) are connected respectively to the control inputs of the first, second and third rectifiers (9, 10, 11) and the fourth output of the microprocessor control unit is connected to the control input of the inverter (12). To control the inverter (12), current sensors (24, 25, 26) are used, installed at the output of three rectifiers (9, 10, 11), respectively. The digital output of the first current sensor (24) is connected to the first input of the microprocessor control unit (23), the output of the second current sensor (25) is connected to the second input of the microprocessor control unit (23), the output of the third current sensor (26) is connected to the third input of the microprocessor unit management (23). To maintain the given power of the generators (6, 7, 8), the first (27), second (28) and third (29) voltage sensors are installed at the output of the three generators, the outputs of which are connected to the fourth, fifth and sixth inputs of the microprocessor control unit (23) respectively.

Основной технологической задачей автономной газотурбинной электростанции с многоконтурной теплосиловой установкой является выработка электроэнергии с заданными показателями качества. Предложенное схемотехническое решение позволяет повысить электрический КПД устройства до 55-60%, что сказывается на эффективности использования топливного газа.The main technological task of an autonomous gas turbine power plant with a multi-circuit thermal power plant is the generation of electricity with specified quality indicators. The proposed circuit solution allows to increase the electrical efficiency of the device up to 55-60%, which affects the efficiency of use of fuel gas.

Предложенная автономная газотурбинная электростанция с многоконтурной теплосиловой установкой работает следующим образом.The proposed autonomous gas turbine power plant with a multi-circuit thermal power plant operates as follows.

Воздух из воздухоприемника (1) поступает в компрессор (2), где происходит его сжатие до необходимого давления. С выхода компрессора (2) воздух поступает в рекуператор (13) для подогрева, затем поступает в камеру сгорания (22), куда по трубопроводу подачи топлива (21) поступает топливный газ. После сгорания газа продукты сгорания из камеры сгорания (22) поступают в первую турбину (3), обеспечивая вращение вала турбины (3) и электрогенератора (6). Продукты сгорания с выхода турбины (3) поступают в рекуператор (13) для подогрева воздуха, поступающего в камеру сгорания (22). С выхода рекуператора (13) продукты сгорания, которые имеют значительную температуру, поступают в первый испаритель (14), где низкокипящая рабочая жидкость превращается в пар. Пар проходит через вторую турбину (4), обеспечивая необходимый крутящий момент для привода второго генератора (7), и затем конденсируется с помощью потока воды в первом кожухотрубном теплообменном аппарате (19) (как вариант, также для охлаждения может использоваться атмосферный воздух). Конденсат рабочего тела первым насосом (17) нагнетается обратно в испаритель (14), таким образом, завершая термодинамический цикл второго контура. Тепловые (выхлопные газы) и охлаждающие (вода) источники напрямую не соприкасаются с рабочим телом и с турбиной. С выхода испарителя (14) продукты сгорания поступают на второй испаритель (15), где происходит испарение второго рабочего тела третьей турбины (5). Пар второго низкокипящего рабочего тела проходит через третью турбину (5), обеспечивая необходимый крутящий момент для привода третьего генератора (8). С выхода второго испарителя (15) продукты сгорания поступают в дымосос (16) и сбрасываются в атмосферу. Отработанный пар второго низкокипящего рабочего тела конденсируется с помощью потока воды во втором кожухотрубном теплообменном аппарате (20). Конденсат рабочего тела вторым насосом (18) нагнетается обратно в испаритель (15), таким образом, завершая термодинамический цикл третьего контура. Выходные выводы первого (6), второго (7) и третьего генераторов (8) соединены с входами первого (9), второго (10) и третьего (11) выпрямителей соответственно, Выводы постоянного тока выпрямителей соединены с общей шиной постоянного тока и входом постоянного тока инвертора (12), выход которого является выходом установки. Микропроцессорный блок управления (23) соединен с управляющими входами выпрямителей (9, 10, 11) и инвертора (12), обеспечивая необходимые качественные показатели генерируемой электроэнергии по величине и частоте во всех режимах работы. Для регулирования инвертора (12) на выходе первого выпрямителя (9) стоит первый датчик тока (24), на выходе второго выпрямителя (10) - второй датчик тока (25), на выходе третьего выпрямителя (11) - третий датчик тока (26), соединенные с входом микропроцессорного блока (23). Для поддержания заданной мощности генераторов (6, 7, 8) на выходе первого генератора (6) установлен первый датчик напряжения (27), на выходе второго генератора (7) установлен второй датчик напряжения (28), на выходе третьего генератора (8) - третий датчик напряжения (29), соединенные входом микропроцессорного блока (23).Air from the air inlet (1) enters the compressor (2), where it is compressed to the required pressure. From the output of the compressor (2), air enters the recuperator (13) for heating, then enters the combustion chamber (22), where fuel gas flows through the fuel supply pipe (21). After gas combustion, the combustion products from the combustion chamber (22) enter the first turbine (3), providing rotation of the turbine shaft (3) and the electric generator (6). The combustion products from the outlet of the turbine (3) enter the recuperator (13) for heating the air entering the combustion chamber (22). From the outlet of the recuperator (13), the products of combustion, which have a significant temperature, enter the first evaporator (14), where the low-boiling working fluid turns into steam. The steam passes through the second turbine (4), providing the necessary torque for driving the second generator (7), and then condenses using a stream of water in the first shell-and-tube heat exchanger (19) (as an option, atmospheric air can also be used for cooling). The condensate of the working fluid by the first pump (17) is pumped back into the evaporator (14), thus completing the thermodynamic cycle of the second circuit. Thermal (exhaust gases) and cooling (water) sources do not directly contact the working fluid and the turbine. From the outlet of the evaporator (14), the combustion products enter the second evaporator (15), where the second working fluid of the third turbine (5) evaporates. The steam of the second low-boiling working fluid passes through the third turbine (5), providing the necessary torque to drive the third generator (8). From the output of the second evaporator (15), the combustion products enter the exhaust fan (16) and are discharged into the atmosphere. The spent steam of the second low-boiling working fluid is condensed using a stream of water in a second shell-and-tube heat exchanger (20). The condensate of the working fluid by the second pump (18) is pumped back into the evaporator (15), thus completing the thermodynamic cycle of the third circuit. The output terminals of the first (6), second (7) and third generators (8) are connected to the inputs of the first (9), second (10) and third (11) rectifiers, respectively. The DC terminals of the rectifiers are connected to a common DC bus and a DC input current inverter (12), the output of which is the output of the installation. The microprocessor control unit (23) is connected to the control inputs of the rectifiers (9, 10, 11) and the inverter (12), providing the necessary quality indicators of the generated electricity in magnitude and frequency in all operating modes. To control the inverter (12), the first current sensor (24) is at the output of the first rectifier (9), the second current sensor (25) is at the output of the second rectifier (10), and the third current sensor is at the output of the third rectifier (11) (26) connected to the input of the microprocessor unit (23). To maintain the given power of the generators (6, 7, 8), the first voltage sensor (27) is installed at the output of the first generator (6), the second voltage sensor (28) is installed at the output of the second generator (7), and the output of the third generator (8) is the third voltage sensor (29) connected by the input of the microprocessor unit (23).

Основным преимуществом предложенной автономной газотурбинной электростанции с многоконтурной теплосиловой установкой является то, что в ней максимально используется энергия топливного газа для выработки электроэнергии. В связи с тем, что в составе автономной газотурбинной электростанции с многоконтурной теплосиловой установкой используется третий электрогенерирующий модуль, выпрямители (9, 10, 11), инвертор (12), то по сравнению с техническим решением, принятым в качестве прототипа, сняты ограничения по скорости и стабильности вращения вала турбогенераторного агрегата, т.е. в этом случае нет необходимости строго выдерживать постоянство скорости вращения турбины (5). Поэтому при изменении расхода газа через турбину и колебаниях давления газа в трубопроводе скорость вращения вала турбины (5) будет изменяться, но это не повлияет на параметры генерируемого напряжения. Частота генерируемого напряжения и его стабильность определяются настройками преобразователя частоты (11), выполненного по схеме многомостового инвертора «с явным звеном постоянного тока», управление выпрямителем (11) осуществляется микропроцессорным блоком (23) на основе данных с датчика тока (26), значение напряжения на выходе генератора (8) определяется датчиком напряжения (29). В качестве датчиков тока (24, 25, 26) могут быть применены датчики постоянного тока серии МР, а в качестве датчиков напряжения (27, 28, 29) датчики напряжения серии VS, выпускаемые фирмой ABB.The main advantage of the proposed autonomous gas turbine power plant with a multi-circuit thermal power plant is that it uses the maximum energy of fuel gas to generate electricity. Due to the fact that a third electric generating module, rectifiers (9, 10, 11), an inverter (12) are used as part of an autonomous gas turbine power plant with a multi-circuit heat power plant, the speed limits are removed compared to the technical solution adopted as a prototype and stability of rotation of the shaft of the turbogenerator unit, i.e. in this case, there is no need to strictly maintain a constant rotation speed of the turbine (5). Therefore, when the gas flow through the turbine changes and gas pressure fluctuates in the pipeline, the rotation speed of the turbine shaft (5) will change, but this will not affect the parameters of the generated voltage. The frequency of the generated voltage and its stability are determined by the settings of the frequency converter (11), made according to the scheme of a multi-bridge inverter “with an explicit DC link”, the rectifier (11) is controlled by a microprocessor unit (23) based on data from a current sensor (26), the voltage value the output of the generator (8) is determined by the voltage sensor (29). As current sensors (24, 25, 26), MP series direct current sensors can be used, and as voltage sensors (27, 28, 29) VS series voltage sensors manufactured by ABB are available.

В связи с тем, что турбины и электрогенераторы соединены между собой по безредукторной схеме (на одном валу), частота генерируемого напряжения значительно превышает требуемую стандартную частоту промышленной электросети. Для получения электроэнергии с параметрами, нормируемыми ГОСТ 13109-97, используются выпрямители (9, 10, 11) и инвертор тока (12), обеспечивающий генерацию электроэнергии с заданными параметрами при всех изменениях входного напряжения и возмущающих воздействиях постоянно изменяющейся нагрузки.Due to the fact that the turbines and electric generators are interconnected by a gearless scheme (on one shaft), the frequency of the generated voltage significantly exceeds the required standard frequency of the industrial power supply network. To obtain electricity with the parameters normalized by GOST 13109-97, rectifiers (9, 10, 11) and a current inverter (12) are used, which ensures the generation of electricity with given parameters for all changes in the input voltage and disturbing effects of a constantly changing load.

Предложенная схема автономной газотурбинной электростанция с многоконтурной теплосиловой установкой, выполненная в виде трехмодульного агрегата, позволяет значительно увеличить выработку электроэнергии с параметрами качества, удовлетворяющие требованиям ГОСТ 13109-97, при существенно меньших габаритах и массе вращающихся агрегатов, при этом уменьшается сжигание газа и уменьшается выброс в окружающую среду продуктов горения газа.The proposed scheme of an autonomous gas turbine power plant with a multi-circuit thermal power plant, made in the form of a three-module unit, can significantly increase the generation of electricity with quality parameters that meet the requirements of GOST 13109-97, with significantly smaller dimensions and mass of rotating units, while reducing gas burning and reducing emissions the environment of gas combustion products.

Claims

An autonomous gas turbine power plant with a multi-circuit thermal power plant containing an air intake (1), a compressor (2), first and second gas turbines (3, 4) of different capacities, first and second electric generators (6, 7), a recuperator (13), and the first evaporator ( 14), a smoke exhaust (16), a first pump (17) and a first shell-and-tube heat exchanger-condenser (19), a fuel supply pipe (21), a combustion chamber (22), the corresponding inputs of which are connected to the outlet of the recuperator (13) and the fuel supply pipe (21), the output of the combustion chamber (22) is connected to the input of the first turbines (3) connected by the outlet to a recuperator (13), characterized in that it further comprises a third Rankine turbine (5) with a third electric generator (8), first, second and third rectifiers (9, 10, 11), a second evaporator (15 ), a second shell-and-tube heat exchanger-condenser (20), a second pump (18), an inverter (12), a microprocessor control unit (23) connected to the control inputs of the rectifiers (9, 10, 11) and the inverter (12), the first current sensor (24) installed at the output of the first rectifier (9), the output of which is connected to the first analog-to-digital mic input processor control unit (23), a second current sensor (25) installed at the output of the second rectifier (10), the output of which is connected to the second analog-to-digital input of the microprocessor control unit (23), a third current sensor (26) installed at the output of the third a rectifier (11), the output of which is connected to the third analog-to-digital input of the microprocessor control unit (23); the first voltage sensor (27) installed at the output of the first generator (6), the output of which is connected to the fourth analog-digital input of the microprocessor control unit (23), the second voltage sensor (28) installed at the output of the second generator (7), the output of which connected to the fifth analog-to-digital input of the microprocessor control unit (23), a third voltage sensor (29) installed at the output of the third electric generator (8), the output of which is connected to the sixth analog-to-digital input of the microprocessor control unit (23), a recuperator (13), the first and second evaporators (14, 15) are connected in series, forming a gas duct for combustion products, the first electric generator (6) is connected to the input of the first rectifier (9), the second electric generator (7) is connected to the input of the second rectifier (10), the third generator (8) is connected to the input of the third rectifier (11), the outputs of the rectifiers (9, 10, 11) are connected to the DC input of the inverter (12), the output of which is the output of the installation.