RU132840U1

RU132840U1 - GAS TURBINE INSTALLATION

Info

Publication number: RU132840U1
Application number: RU2013118813/06U
Authority: RU
Inventors: Айрат Маратович Гафуров; Борис Михайлович Осипов
Priority date: 2013-04-23
Filing date: 2013-04-23
Publication date: 2013-09-27

Abstract

1. Газотурбинная установка, включающая газотурбинный двигатель, за силовой турбиной которого установлен обращенный газогенератор, и основной электрогенератор, соединенный с валом силовой турбины, при этом обращенный газогенератор содержит установленные за силовой турбиной турбину перерасширения, дожимающий компрессор и теплообменник-охладитель первой ступени охлаждения перед дожимающим компрессором, причем турбина перерасширения и дожимающий компрессор установлены на общем валу, механически не связанном с валом силовой турбины, отличающаяся тем, что в нее введены теплообменник-охладитель второй ступени охлаждения, первый контур с низкокипящим рабочим телом и второй контур с низкокипящим рабочим телом, при этом каждый контур с низкокипящим рабочим телом содержит последовательно соединенные турбодетандер с электрогенератором, конденсатор воздушного охлаждения и конденсатный насос, причем выход конденсатного насоса первого контура с низкокипящим рабочим телом соединен с входом теплообменника-охладителя первой ступени, выход которого соединен с входом турбодетандера первого контура с низкокипящим рабочим телом, образуя замкнутый контур охлаждения, а выход конденсатного насоса второго контура с низкокипящим рабочим телом соединен с входом теплообменника-охладителя второй ступени, выход которого соединен с входом турбодетандера второго контура с низкокипящим рабочим телом, также образуя замкнутый контур охлаждения.2. Газотурбинная установка по п.1, отличающаяся тем, что в качестве низкокипящего рабочего тела используют метанол.1. Gas turbine installation, including a gas turbine engine, behind the power turbine of which a reversed gas generator is installed, and a main electric generator connected to the shaft of the power turbine, while the reversed gas generator contains an over-expansion turbine installed behind the power turbine, a booster compressor and a heat exchanger-cooler of the first cooling stage before the booster compressor, moreover, the over-expansion turbine and the booster compressor are mounted on a common shaft mechanically not connected with the shaft of the power turbine, o characterized in that a heat exchanger-cooler of the second cooling stage, a first circuit with a low boiling working fluid and a second circuit with a low boiling working fluid are introduced into it, each circuit with a low boiling working fluid contains a turboexpander with an electric generator, an air-cooled condenser and a condensate pump connected in series moreover, the output of the condensate pump of the first circuit with a low boiling medium is connected to the input of the heat exchanger-cooler of the first stage, the output of which is connected to the input of the turbode an underfloor of the first circuit with a low boiling fluid, forming a closed cooling circuit, and the output of the condensate pump of the second circuit with a low boiling fluid is connected to the input of the heat exchanger-cooler of the second stage, the output of which is connected to the input of the turbine expander of the second circuit with a low boiling fluid, also forming a closed cooling circuit .2. The gas turbine installation according to claim 1, characterized in that methanol is used as a low-boiling working fluid.

Description

Полезная модель относится к области энергетики и может быть использована на тепловых электрических станциях, газоперекачивающих агрегатах компрессорных станций, судовых двигателях.The utility model relates to the field of energy and can be used at thermal power plants, gas pumping units of compressor stations, marine engines.

Наиболее близким техническим решением к настоящей полезной модели является газотурбинная установка (ГТУ), включающая газотурбинный двигатель, за силовой турбиной которого установлен обращенный газогенератор, и основной электрогенератор, соединенный с валом силовой турбины, при этом обращенный газогенератор содержит установленные за силовой турбиной турбину перерасширения, дожимающий компрессор и теплообменник-охладитель перед дожимающим компрессором, причем турбина перерасширения и дожимающий компрессор установлены на общем валу, механически не связанном с валом силовой турбины (Авторское свидетельство СССР №267257, МПК F02C 3/04, опубликовано 10.06.2010).The closest technical solution to this utility model is a gas turbine unit (GTU), which includes a gas turbine engine behind which a reversed gas generator is installed, and a main electric generator connected to the shaft of the power turbine, while the reversed gas generator contains an over-expansion turbine installed behind the power turbine, a compressor and a heat exchanger-cooler in front of the booster compressor, the over-expansion turbine and the booster compressor mounted on a common shaft , Is not mechanically connected with the power turbine shaft (USSR Author's Certificate №267257, IPC F02C 3/04, published 10.06.2010).

Недостатком этого технического решения является недостаточно высокая удельная мощность и, как следствие, относительно низкий коэффициент полезного действия ГТУ, обусловленные отсутствием утилизации низкопотенциальной теплоты.The disadvantage of this technical solution is the insufficiently high specific power and, as a consequence, the relatively low efficiency of gas turbines due to the lack of utilization of low-grade heat.

Задачей предлагаемой полезной модели является повышение удельной мощности и коэффициента полезного действия ГТУ за счет выработки дополнительной электроэнергии благодаря использованию низкопотенциальной теплоты отработавших газов до и после дожимающего компрессора.The objective of the proposed utility model is to increase the specific power and efficiency of the gas turbine due to the generation of additional electricity through the use of low-grade heat of exhaust gases before and after the booster compressor.

Технический результат достигается тем, что в газотурбинную установку, включающую газотурбинный двигатель, за силовой турбиной которого установлен обращенный газогенератор, и основной электрогенератор, соединенный с валом силовой турбины, при этом обращенный газогенератор содержит установленные за силовой турбиной турбину перерасширения, дожимающий компрессор и теплообменник-охладитель первой ступени охлаждения перед дожимающим компрессором, причем турбина перерасширения и дожимающий компрессор установлены на общем валу, механически не связанном с валом силовой турбины, согласно настоящей полезной модели, введены теплообменник-охладитель второй ступени охлаждения, первый контур с низкокипящим рабочим телом и второй контур с низкокипящим рабочим телом, при этом каждый контур с низкокипящим рабочим телом содержит последовательно соединенные турбодетандер с электрогенератором, конденсатор воздушного охлаждения и конденсатный насос, причем выход конденсатного насоса первого контура с низкокипящим рабочим телом соединен с входом теплообменника-охладителя первой ступени, выход которого соединен с входом турбодетандера первого контура с низкокипящим рабочим телом, образуя замкнутый контур охлаждения, а выход конденсатного насоса второго контура с низкокипящим рабочим телом соединен с входом теплообменника-охладителя второй ступени, выход которого соединен с входом турбодетандера второго контура с низкокипящим рабочим телом, также образуя замкнутый контур охлаждения. В качестве низкокипящего рабочего тела может быть использован метанол.The technical result is achieved by the fact that in a gas turbine installation including a gas turbine engine, behind the power turbine of which an inverted gas generator is installed, and a main electric generator connected to the shaft of the power turbine, the inverted gas generator contains an over-expansion turbine installed behind the power turbine, a booster compressor and a heat exchanger-cooler the first cooling stage in front of the booster compressor, the over-expansion turbine and the booster compressor mounted on a common shaft, mechanically not connected with the shaft of the power turbine, according to this utility model, a heat exchanger-cooler of the second cooling stage, a first circuit with a low boiling medium and a second circuit with a low boiling medium are introduced, each circuit with a low boiling medium contains a turbine expander with an electric generator connected in series, an air-cooled condenser and a condensate pump, the output of the condensate pump of the first circuit with a low boiling medium connected to the input of the heat exchanger-cooler first the second stage, the output of which is connected to the input of the turbine expander of the first circuit with a low boiling medium, forming a closed cooling circuit, and the output of the condensate pump of the second circuit with a low boiling medium is connected to the input of the heat exchanger-cooler of the second stage, the output of which is connected to the input of the turbine expander of the second circuit with a low boiling working fluid, also forming a closed cooling circuit. Methanol may be used as a low boiling working fluid.

Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фиг.1 представлена предлагаемая газотурбинную установку, а на фиг.2, 3 представлен термодинамический цикл Ренкина в T-s диаграмме для первой и второй ступени охлаждения соответственно.The essence of the utility model is illustrated by drawings, where Fig. 1 shows the proposed gas turbine installation, and Figs. 2, 3 show the Rankine thermodynamic cycle in the T-s diagram for the first and second cooling stages, respectively.

На фиг.1 цифрами обозначены:In figure 1, the numbers denote:

1 - газотурбинный двигатель,1 - gas turbine engine,

2 - входное устройство,2 - input device

3 - воздушный компрессор,3 - air compressor,

4 - камера сгорания4 - combustion chamber

5 - турбина для привода компрессора,5 - turbine for compressor drive,

6 - силовая турбина,6 - power turbine,

7 - обращенный газогенератор,7 - reversed gas generator,

8 - турбина перерасширения,8 - over-expansion turbine,

9 - теплообменник-охладитель первой ступени охлаждения,9 - heat exchanger-cooler of the first cooling stage,

10 - дожимной компрессор,10 - booster compressor,

11 - теплообменник-охладитель второй ступени охлаждения,11 - heat exchanger-cooler of the second cooling stage,

12 - основной электрогенератор,12 - the main generator

13 - первый контур охлаждения с низкокипящим рабочим телом,13 - the first cooling circuit with a low boiling medium,

14 - турбодетандер первого контура охлаждения,14 - turboexpander of the first cooling circuit,

15 - конденсатор воздушного охлаждения первого контура,15 - condenser air cooling of the primary circuit,

16 - конденсатный насос первого контура охлаждения,16 - condensate pump of the first cooling circuit,

17 - электрогенератор первого контура охлаждения,17 - electric generator of the first cooling circuit,

18 - второй контур охлаждения с низкокипящим рабочим телом,18 - the second cooling circuit with a low boiling medium,

19 - турбодетандер второго контура охлаждения,19 - turboexpander of the second cooling circuit,

20 - конденсатор воздушного охлаждения второго контура,20 - condenser air cooling of the second circuit,

21 - конденсатный насос второго контура охлаждения,21 - condensate pump of the second cooling circuit,

22 - электрогенератор второго контура охлаждения.22 - electric generator of the second cooling circuit.

Газотурбинная установка включает газотурбинный двигатель 1, за силовой турбиной 6 которого установлен обращенный газогенератор 7, и основной электрогенератор 20, соединенный с валом силовой турбины 7.The gas turbine installation includes a gas turbine engine 1, behind a power turbine 6 of which an inverted gas generator 7 is installed, and a main electric generator 20 connected to the shaft of the power turbine 7.

Обращенный газогенератор 7 содержит установленные за силовой турбиной 6 турбину 8 перерасширения, дожимающий компрессор 10 и теплообменник-охладитель 9 первой ступени охлаждения перед дожимающим компрессором 10.The inverted gas generator 7 comprises an over-expansion turbine 8 installed behind the power turbine 6, a booster compressor 10 and a heat exchanger-cooler 9 of the first cooling stage in front of the booster compressor 10.

Турбина 8 перерасширения и дожимающий компрессор 10 установлены на общем валу, механически не связанном с валом силовой турбины 6.The over-expansion turbine 8 and the booster compressor 10 are mounted on a common shaft that is not mechanically connected to the shaft of the power turbine 6.

Отличием предлагаемой газотурбинной установки является то, что в нее введены теплообменник-охладитель 11 второй ступени охлаждения, первый контур 13 с низкокипящим рабочим телом и второй контур 18 с низкокипящим рабочим телом.The difference of the proposed gas turbine installation is that a heat exchanger-cooler 11 of the second cooling stage, a first circuit 13 with a low boiling medium and a second circuit 18 with a low boiling medium are introduced into it.

Первый контур 13 с низкокипящим рабочим телом содержит последовательно соединенные турбодетандер 14 с электрогенератором 17, конденсатор 15 воздушного охлаждения и конденсатный насос 16. Выход конденсатного насоса 16 первого контура 13 с низкокипящим рабочим телом соединен с входом теплообменника-охладителя 9 первой ступени, выход которого соединен с входом турбодетандера 14 первого контура 13 с низкокипящим рабочим телом, образуя замкнутый контур охлаждения. Второй контур 18 с низкокипящим рабочим телом содержит последовательно соединенные турбодетандер 19 с электрогенератором 22, конденсатор 20 воздушного охлаждения и конденсатный насос 21. Выход конденсатного насоса 21 второго контура 18 с низкокипящим рабочим телом соединен с входом теплообменника-охладителя 11 второй ступени, выход которого соединен с входом турбодетандера 19 второго контура 18 с низкокипящим рабочим телом, также образуя замкнутый контур охлаждения.The first circuit 13 with a low boiling medium contains a turboexpander 14 connected in series with an electric generator 17, an air-cooled condenser 15 and a condensate pump 16. The output of the condensate pump 16 of the first circuit 13 with a low boiling medium is connected to the input of the first stage heat exchanger-cooler 9, the output of which is connected to the inlet of the turboexpander 14 of the first circuit 13 with a low boiling fluid, forming a closed cooling circuit. The second circuit 18 with a low boiling medium contains a turbo expander 19 connected in series with an electric generator 22, an air-cooled condenser 20 and a condensate pump 21. The output of the condensate pump 21 of the second circuit 18 with a low boiling medium is connected to the input of the second stage heat exchanger-cooler 11, the output of which is connected to the inlet of the turboexpander 19 of the second circuit 18 with a low-boiling working fluid, also forming a closed cooling circuit.

В качестве низкокипящего рабочего тела может быть использован метанол.Methanol may be used as a low boiling working fluid.

Таким образом, предлагаемая ГТУ включает в себя газотурбинный двигатель 1, содержащий входное устройство 2, воздушный компрессор 3, камеру сгорания 4, турбину 5 для привода компрессора и силовую турбину 6, вал которой соединен с основным электродвигателем 12, в существующем газоходе газотурбинного двигателя 1 установлен обращенный газогенератор 7, состоящий последовательно из турбины 8 перерасширения, теплообменника-охладителя 9 первой ступени охлаждения и дожимающего компрессора 10, с утилизацией теплоты отработавших газов в теплообменнике-охладителе 11 второй ступени охлаждения, а также первый 13 и второй 18 контуры охлаждения с низкокипящими рабочими телами, работающих по органическому циклу Ренкина, турбодетандеры 14 и 19, соответственно первого 13 и второго 18 контуров охлаждения с низкокипящим рабочим телом, конденсаторы 15 и 20 воздушного охлаждения, конденсатные насосы 16 и 21, а также электрогенераторы 17 и 22,соответственно первого 13 и второго 18 контуров охлаждения с низкокипящим рабочим телом.Thus, the proposed gas turbine engine includes a gas turbine engine 1 comprising an input device 2, an air compressor 3, a combustion chamber 4, a turbine 5 for driving a compressor, and a power turbine 6, the shaft of which is connected to the main electric motor 12, is installed in the existing gas duct of the gas turbine engine 1 reversed gas generator 7, consisting sequentially of an over-expansion turbine 8, a heat exchanger-cooler 9 of the first cooling stage and a booster compressor 10, with utilization of the heat of the exhaust gases in the heat exchanger -cooler 11 of the second cooling stage, as well as the first 13 and second 18 cooling circuits with low-boiling fluids operating on the organic Rankine cycle, turbine expanders 14 and 19, respectively, of the first 13 and second 18 cooling circuits with a low-boiling fluid, condensers 15 and 20 of air cooling, condensate pumps 16 and 21, as well as electric generators 17 and 22, respectively, of the first 13 and second 18 cooling circuits with a low boiling medium.

Предлагаемая газотурбинная установка работает следующим образом.The proposed gas turbine installation operates as follows.

Наружный воздух поступает во входное устройство 2, компрессор 3 и камеру сгорания 4, турбину 5 для привода компрессора, силовую турбину 6 и турбину 8 перерасширения. Давление за турбиной 8 перерасширения ниже атмосферного и может достигать величин 0,05 МПа. При этих параметрах отработавшие газы поступают в теплообменник-охладитель 9 первой ступени охлаждения, дожимающий компрессор 10 и теплообменник-охладитель 11 второй ступени охлаждения. Мощность силовой турбины 6 передается соединенному на одном валу основному электрогенератору 12. Преобразование низкопотенциальной тепловой энергии отработавших газов в механическую и далее в электрическую происходит в первом 13 и втором 18 замкнутых контурах охлаждения с низкокипящим рабочим телом. Весь процесс для первого замкнутого контура 13 охлаждения начинается с сжатия в конденсатном насосе 16 (процесс I-II) жидкого низкокипящего рабочего тела (метанола), который направляется на подогрев в теплообменник-охладитель 9 первой ступени (процесс II-III), куда поступают отработавшие газы турбины 8 перерасширения. Температура кипения низкокипящего рабочего тела (метанола) сравнительна низка (64,71°С при нормальных условиях), поэтому в теплообменнике-охладителе 9 он быстро переходит в газообразное состояние (процесс III-IV), после чего, имея температуру перегретого газа, направляется в турбодетандер 14 первого контура 13 с низкокипящим рабочим телом.External air enters the inlet 2, the compressor 3 and the combustion chamber 4, the turbine 5 for driving the compressor, the power turbine 6 and the over-expansion turbine 8. The pressure behind the turbine 8 overexploitation below atmospheric and can reach values of 0.05 MPa. With these parameters, the exhaust gases enter the heat exchanger-cooler 9 of the first cooling stage, the booster compressor 10 and the heat exchanger-cooler 11 of the second cooling stage. The power of the power turbine 6 is transferred to the main electric generator 12 connected to one shaft 12. The low-potential heat energy of the exhaust gases is converted into mechanical and then into electric energy in the first 13 and second 18 closed cooling circuits with a low boiling medium. The whole process for the first closed cooling circuit 13 begins with compression in the condensate pump 16 (process I-II) of a low-boiling liquid working fluid (methanol), which is sent for heating to the heat exchanger-cooler 9 of the first stage (process II-III), where the spent gas turbine 8 over-expansion. The boiling point of the low-boiling working fluid (methanol) is relatively low (64.71 ° C under normal conditions), therefore, in the heat exchanger-cooler 9, it quickly passes into a gaseous state (process III-IV), after which, having the temperature of the superheated gas, it goes to turboexpander 14 of the first circuit 13 with a low boiling medium.

Процесс настроен таким образом, что в турбодетандере 14 не происходит конденсации низкокипящего рабочего тела в ходе срабатывания теплоперепада (процесс IV-V). Мощность турбодетандера 14 первого контура 13 передается соединенному на одном валу электрогенератору 17. На выходе из турбодетандера 14 низкокипящее рабочее тело (метанол) имеет температуру около 65,54°С с влажностью не превышающей 12%, его температура снижается в конденсаторе 15 воздушного охлаждения первого контура 13 (процесс V-I). После конденсатора 15 в жидком состоянии низкокипящее рабочее тело сжимается в конденсатном насосе 16 (процесс Ι-ΙI) и направляется на подогрев и испарение в теплообменник-охладитель 9 первой ступени. Аналогичный процесс происходит во втором замкнутом контуре 18 охлаждения с низкокипящим рабочим телом (метанолом), а именно процесс сжатия в конденсатном насосе 21 (процесс I^|-II^||) жидкого низкокипящего рабочего тела (метанола), который направляется на подогрев в теплообменник-охладитель 11 второй ступени (процесс II^|-III^|), куда поступают отработавшие газы дожимающего компрессора 10. Температура кипения низкокипящего рабочего тела (метанола) сравнительна низка (64,71°С при нормальных условиях), поэтому в теплообменнике-охладителе 11 он быстро переходит в газообразное состояние (процесс III^|-IV^|), после чего, имея температуру перегретого газа, направляется в турбодетандер 19 второго контура 18 с низкокипящим рабочим телом. Процесс настроен таким образом, что в турбодетандере 19 не происходит конденсации низкокипящего рабочего тела в ходе срабатывания теплоперепада (процесс IV^|-V^|). Мощность турбодетандера 19 второго контура 18 передается соединенному на одном валу электрогенератору 22. На выходе из турбодетандера 19 низкокипящее рабочее тело (метанол) имеет температуру около 65,54°С с влажностью не превышающей 12%, его температура снижается в конденсаторе 20 воздушного охлаждения (процесс V^|-I^|).The process is configured in such a way that condensation of the low-boiling working fluid during the operation of the heat transfer does not occur in the turboexpander 14 (process IV-V). The power of the turboexpander 14 of the first circuit 13 is transmitted to the electric generator 17 connected to the same shaft. At the outlet of the turboexpander 14, the low-boiling working fluid (methanol) has a temperature of about 65.54 ° C with a humidity not exceeding 12%, its temperature decreases in the condenser 15 of the air cooling of the primary circuit 13 (process VI). After the condenser 15 in a liquid state, the low-boiling working fluid is compressed in the condensate pump 16 (process Ι-ΙI) and sent for heating and evaporation to the heat exchanger-cooler 9 of the first stage. A similar process takes place in the second closed cooling circuit 18 with a low boiling medium (methanol), namely, the compression process in the condensate pump 21 (process I ^| -II ^|| ) of a liquid low boiling medium (methanol), which is sent for heating to a heat exchanger-cooler 11 of the second stage (process II ^| -III ^| ), where the exhaust gases of the booster compressor 10 are supplied. The boiling point of a low-boiling working fluid (methanol) is relatively low (64.71 ° С under normal conditions), therefore, it quickly passes in the heat exchanger-cooler 11 goes into a gaseous state (process III ^| -IV ^| ), after which, having the temperature of the superheated gas, it is sent to the turboexpander 19 of the second circuit 18 with a low-boiling working fluid. The process is configured in such a way that condensation of the low-boiling working fluid does not occur during the operation of the heat transfer in the turboexpander 19 (process IV ^| -V ^| ). The power of the turboexpander 19 of the second circuit 18 is transmitted to an electric generator 22 connected to one shaft. At the outlet of the turboexpander 19, the low-boiling working fluid (methanol) has a temperature of about 65.54 ° C with a humidity not exceeding 12%, its temperature decreases in the air-cooled condenser 20 (process V ^| -I ^| ).

После конденсатора 20 в жидком состоянии низкокипящее рабочее тело сжимается в конденсатном насосе 21 (процесс I^|-II^|) и направляется на подогрев и испарение в теплообменник-охладитель 11 второй ступени.After the condenser 20 in the liquid state, the low-boiling working fluid is compressed in the condensate pump 21 (process I ^| -II ^| ) and sent for heating and evaporation to the heat exchanger-cooler 11 of the second stage.

Применение низкокипящего рабочего тела (метанола) в качестве рабочего тела позволяет создать компактную малогабаритную турбину, так как объемный расход пара через последнюю ступень в случае применения метанола значительно уменьшается. Так, при температуре конденсации 64,8°С, удельный объем водяного пара составляет 6,2327 м3/кг при давлении 0,0248 МПа, в то время как у метанола - 0,806 м3/кг при давлении 0,103 МПа. В результате в низкокипящем рабочем контуре отсутствует вакуумная система удаления воздуха из конденсатора со всеми ее эксплуатационными проблемами. Это позволяет создавать конструкции минимальных габаритов из обычных материалов (низкий уровень температур, минимальные окружные скорости и напряжения). Турбинная часть установок на метаноле представляет собой газовую турбину, работающую с низкими параметрами газа и поэтому достаточно надежную.The use of a low-boiling working fluid (methanol) as a working fluid allows you to create a compact small-sized turbine, since the volumetric flow rate of steam through the last stage in the case of methanol is significantly reduced. So, at a condensation temperature of 64.8 ° C, the specific volume of water vapor is 6.2327 m3 / kg at a pressure of 0.0248 MPa, while for methanol it is 0.806 m3 / kg at a pressure of 0.103 MPa. As a result, in the low-boiling working circuit there is no vacuum system for removing air from the condenser with all its operational problems. This allows you to create structures of minimal dimensions from conventional materials (low temperature, minimum peripheral speeds and stresses). The turbine part of methanol plants is a gas turbine operating with low gas parameters and therefore quite reliable.

Пример конкретной реализации.An example of a specific implementation.

Применение двигателя типа НК-16СТ, созданного на базе конвертированного авиационного ГТД типа НК-8-2У, с использованием обращенного газогенератора в существующем газоходе за силовой турбиной газотурбинного двигателя, имеющего следующие параметры термодинамического цикла: температуру окружающего воздуха на входе в компрессор 288,15 К, расход циклового воздуха 95,34 кг/с, степень повышения давления в компрессорах π_κ=9,5744, температуру в камере сгорания Т_кс=1100 К, расход топливного газа в камере сгорания 1,0878 кг/с, температуру продуктов сгорания перед силовой турбиной Т_г=814,14 К, температуру и давление продуктов сгорания на входе в дожимающий компрессор за теплообменником-охладителем первой ступени Т_г=383 К, Р_г=0,0508 МПа, эффективный КПД η_е=0,3, температуру отработавших газов дожимающего компрессора на входе в теплообменник-охладитель второй ступени 475,62 К, температуру выхлопных газов, отводимых в окружающую среду 378,15 К, позволяет получить эффективную мощность на валу свободной турбины для привода электрогенератора, равную 16 МВт. При этом для отвода теплоты в существующем газоходе газотурбинного двигателя до и после дожимающего компрессора используются турбодетандерные установки, утилизирующие низкопотенциальную энергию с помощью низкокипящего рабочего тела, с параметрами на входе T_нрт=543,15 К, Р_нрт=8,5 МПа, G_нpт=14,42 кг/с и на выходе Т_нрт=338,69 К, Р_нрт=0,1056 МПа, G_нрт=14,42 кг/с для турбодетандера первого контура охлаждения, а также параметры на входе Т_нрт=453,15 К, Ρ_нрт=2,4 МПа, G_нpт=8 кг/с и на выходе Т_нрт=338,69 К, Р_нрт=0,1056 МПа, G_нpт=8 кг/с для турбодетандера второго контура охлаждения. При расчетном изоэнтропийном КПД турбодетандера равной 0,79, мощность, получаемая для привода электрогенератора, составляет 3,933 МВт для турбодетандера первого контура охлаждения и 1,538 МВт для турбодетандера второго контура охлаждения, а имеющиеся затраты на конденсаторы воздушного охлаждения и конденсатные насосы составляет соответственно 0,13 МВт, 0,216 МВт для первого контура охлаждения и 0,075 МВт, 0,0333 МВт для второго контура охлаждения.Application of an NK-16ST type engine, created on the basis of a converted NK-8-2U type gas turbine engine, using a reversed gas generator in an existing gas duct behind a power turbine of a gas turbine engine having the following thermodynamic cycle parameters: ambient temperature at the compressor inlet 288.15 K , cyclic air flow 95.34 kg / s, pressure ratio compressors π _κ = 9,5744, the combustion chamber temperature T _kc = 1100 K, the fuel gas flow in the combustion chamber 1.0878 kg / s, the temperature of the combustion products n Ed power turbine T _g = 814.14 K, the temperature and pressure of the combustion products entering the booster compressor after cooler heat exchanger, the first stage T _g = 383 K, P = 0.0508 MPa _g, effective efficiency η _E = 0.3, the exhaust gas temperature of the booster compressor at the inlet to the second-stage heat exchanger-cooler is 475.62 K, the temperature of the exhaust gases discharged into the environment is 378.15 K, and it allows to obtain an effective power on the shaft of a free turbine for driving an electric generator equal to 16 MW. At the same time, for the removal of heat in the existing gas duct of the gas turbine engine before and after the booster compressor, turboexpander plants are used that utilize low potential energy using a low-boiling working fluid with input parameters T _NRT = 543.15 K, R _NRT = 8.5 MPa, G _NRT = 14.42 kg / s and at the output T _NRT = 338.69 K, P _NRT = 0.1056 MPa, G _NRT = 14.42 kg / s for a turboexpander of the first cooling circuit, as well as parameters at the input T _NRT = 453 15 K, Ρ _NRT = 2.4 MPa, G _npt = 8 kg / s and at the outlet _HPT T = 338.69 K, P = 0.1056 MPa _HPT, G _npt = 8 kg / s for the second circuit turboexpander oh azhdeniya. With a calculated isentropic efficiency of the turboexpander of 0.79, the power obtained to drive the electric generator is 3.933 MW for the turboexpander of the first cooling circuit and 1.538 MW for the turboexpander of the second cooling circuit, and the available costs for air-cooled condensers and condensate pumps are 0.13 MW, respectively , 0.216 MW for the first cooling circuit and 0.075 MW, 0.0333 MW for the second cooling circuit.

В целом, суммарная электрическая мощность предлагаемой газотурбинной установки составляет 20,8 МВт, а эффективный КПД предлагаемой газотурбинной установки составляет 0,39.In general, the total electric power of the proposed gas turbine installation is 20.8 MW, and the effective efficiency of the proposed gas turbine installation is 0.39.

Использование газотурбинной установки (НК-16СТ) с обращенным газогенератором и низкокипящим рабочим контуром увеличивает удельную мощность и экономичность на 30-35% без использования дополнительного топлива и без увеличения эмиссии вредных веществ.The use of a gas turbine unit (NK-16ST) with a reversed gas generator and a low-boiling working circuit increases the specific power and economy by 30-35% without the use of additional fuel and without increasing the emission of harmful substances.

Claims

1. Gas turbine installation, including a gas turbine engine, behind the power turbine of which a reversed gas generator is installed, and a main electric generator connected to the shaft of the power turbine, while the reversed gas generator contains an over-expansion turbine installed behind the power turbine, a booster compressor and a heat exchanger-cooler of the first cooling stage before the booster compressor, moreover, the over-expansion turbine and the booster compressor are mounted on a common shaft mechanically not connected with the shaft of the power turbine, o characterized in that a heat exchanger-cooler of the second cooling stage, a first circuit with a low boiling working fluid and a second circuit with a low boiling working fluid are introduced into it, each circuit with a low boiling working fluid contains a turboexpander with an electric generator, an air-cooled condenser and a condensate pump connected in series moreover, the output of the condensate pump of the first circuit with a low boiling medium is connected to the input of the heat exchanger-cooler of the first stage, the output of which is connected to the input of the turbode an underfloor of the first circuit with a low-boiling working fluid, forming a closed cooling circuit, and the output of the condensate pump of the second circuit with a low-boiling working fluid is connected to the input of the heat exchanger-cooler of the second stage, the output of which is connected to the input of the turbine expander of the second circuit with a low-boiling working fluid, also forming a closed cooling circuit .

2. The gas turbine installation according to claim 1, characterized in that methanol is used as a low-boiling working fluid.