RU139806U1

RU139806U1 - GAS TURBINE INSTALLATION

Info

Publication number: RU139806U1
Application number: RU2013150187/06U
Authority: RU
Inventors: Валерий Игнатьевич Гуров; Константин Никодимович Шестаков; Галина Владимировна Касаткина; Игорь Георгиевич Суровцев
Priority date: 2013-11-12
Filing date: 2013-11-12
Publication date: 2014-04-20

Abstract

1. Газотурбинная установка, содержащая воздушный компрессор, газовую турбину и потребитель механической энергии, установленные на одном валу, теплообменник с нагревающим и нагреваемым контурами, камеру сгорания и источник топлива, где компрессор входом соединен с атмосферой, а выходом - через нагреваемый контур теплообменника с входом камеры сгорания, причем вход камеры сгорания соединен трубопроводом через вентиль и с источником топлива, а выход - с входом газовой турбины, при этом выход турбины через нагревающий контур теплообменника и трубопровод соединен с атмосферой, отличающаяся тем, что дополнительно содержит второй теплообменник с нагревающим и нагреваемым контурами и потребитель продуктов сгорания, где источник топлива соединен после вентиля с входом камеры сгорания через нагреваемый контур второго теплообменника, нагревающий контур которого на входе трубопроводом соединен с выходом газовой турбины, а на выходе - через вентиль и потребитель продуктов сгорания с атмосферой.2. Газотурбинная установка по п. 1, отличающаяся тем, что потребитель механической энергии выполнен в виде электрогенератора.3. Газотурбинная установка по п. 1, отличающаяся тем, что нагревающие контуры теплообменников выполнены в виде единого контура.4. Газотурбинная установка по п. 1, отличающаяся тем, что содержит дополнительный потребитель продуктов сгорания, соединенный через вентиль с выходом нагревающего контура теплообменника, где выход нагревающего контура теплообменника соединен с атмосферой через трубопровод с вентилем.5. Газотурбинная установка по п. 1, отличающаяся тем, что источник топлива содержит топливо газо1. A gas turbine installation containing an air compressor, a gas turbine and a consumer of mechanical energy mounted on one shaft, a heat exchanger with heating and heating circuits, a combustion chamber and a fuel source, where the compressor is connected to the atmosphere by the inlet and the outlet through a heated heat exchanger circuit with an inlet combustion chamber, and the input of the combustion chamber is connected by a pipeline through the valve and to the fuel source, and the output is connected to the input of the gas turbine, while the output of the turbine through the heating circuit of the heat exchanger the pipeline is connected to the atmosphere, characterized in that it further comprises a second heat exchanger with heating and heated circuits and a consumer of combustion products, where the fuel source is connected after the valve to the input of the combustion chamber through a heated circuit of the second heat exchanger, the heating circuit of which is connected to the gas turbine outlet at the pipe inlet and at the outlet through the valve and the consumer of the products of combustion with the atmosphere. 2. A gas turbine installation according to claim 1, characterized in that the consumer of mechanical energy is made in the form of an electric generator. 3. A gas turbine installation according to claim 1, characterized in that the heating circuits of the heat exchangers are made in the form of a single circuit. A gas turbine installation according to claim 1, characterized in that it contains an additional consumer of combustion products connected through a valve to the outlet of the heating circuit of the heat exchanger, where the outlet of the heating circuit of the heat exchanger is connected to the atmosphere through a pipeline with a valve. A gas turbine installation according to claim 1, characterized in that the fuel source contains gas fuel

Description

Полезная модель относится к области энергетики и предназначена для эффективного использования механической энергии и отработанных продуктов сгорания газотурбинных установок (ГТУ) вне их с получением электричества, тепла, других видов энергии и расширения диапазона их использования.The utility model relates to the field of energy and is intended for the efficient use of mechanical energy and waste products of the combustion of gas turbine units (GTU) outside of them with the generation of electricity, heat, other types of energy and expanding the range of their use.

В настоящее время сокращаются запасы природных топлив, и удорожается их добыча. Кроме того, загрязнение окружающей среды, сопряженное с жизнедеятельностью человека, вызывает ухудшение экологии окружающей среды, требует уменьшение вредных выбросов в атмосферу и разработки экологически «чистых» ГТУ.Currently, the reserves of natural fuels are being reduced, and their production is becoming more expensive. In addition, environmental pollution associated with human life causes environmental degradation, requires a reduction in harmful emissions into the atmosphere and the development of environmentally friendly gas turbines.

В ГТУ, ГТД, приводах газоперекачивающих агрегатов природного газа, в топках водогрейных котлов, на теплоэлектростанциях и в сфере быта широко используется газообразное топливо.In gas turbine engines, gas turbine engines, drives of gas pumping units of natural gas, in the furnaces of hot water boilers, at thermal power plants and in the sphere of everyday life, gaseous fuel is widely used.

Под газообразным топливом понимается природный газ, попутный газ (образующийся при переработке нефти), сланцевый газ (ныне широко используемый в США), синтез-газ и биогаз, а также газообразный водород.Gaseous fuels are understood as natural gas, associated gas (produced during oil refining), shale gas (now widely used in the USA), synthesis gas and biogas, as well as hydrogen gas.

Преимущество газообразного топлива относительно жидкого и твердого топлив заключается в возможности обеспечения лучшего его смешения с окислителем (воздухом) и образованием гомогенной, а не гетерогенной газовоздушной среды. Это способствует повышению полноты сгорания смеси и улучшению экологических показателей продуктов сгорания установок (применительно например, к оксидам азота), что связано, прежде всего, с меньшим временем пребывания гомогенной газовоздушной смеси в ядре пламени.The advantage of gaseous fuels relative to liquid and solid fuels lies in the possibility of providing better mixing with an oxidizing agent (air) and the formation of a homogeneous, rather than heterogeneous, air-gas medium. This contributes to increasing the completeness of the combustion of the mixture and improving the environmental performance of the products of combustion of plants (as applied, for example, to nitrogen oxides), which is associated primarily with a shorter residence time of the homogeneous gas-air mixture in the flame core.

Известна газотурбинная установка (см. «Мотор Сич. От поршневых - к газотурбинным». - Запорожье. - 2000 г., стр. 127-129).Known gas turbine installation (see. "Motor Sich. From piston - to gas turbine." - Zaporozhye. - 2000, p. 127-129).

Принцип действия простейшей схемы ГТУ, например, ГТУ ПАЭС-2500 из представленной книги, заключается в сжатии атмосферного воздуха в компрессоре, его направлении в камеру сгорания для смешения с топливом и сжигания полученной топливовоздушной смеси, продукты сгорания которой направляются в турбину. Мощность турбины из-за повышенной температуры газа превосходит мощность воздушного компрессора, что позволяет получать избыточную механическую энергию, используемую в частности, в электрогенераторе. Однако достаточно высокий к.п.д. простейшей схемы ГТУ достигается только при высокой степени повышения полного давления воздуха π_к в компрессоре и повышении температуры газа перед турбиной Τ_1T, что обуславливает высокую стоимость ГТУ и снижение ее надежности.The principle of operation of the simplest GTU scheme, for example, the PAES-2500 GTU from the presented book, consists in compressing atmospheric air in the compressor, its direction into the combustion chamber for mixing with fuel and burning the resulting air-fuel mixture, the combustion products of which are sent to the turbine. Due to the increased gas temperature, the power of the turbine exceeds the power of the air compressor, which makes it possible to obtain excess mechanical energy, used in particular in an electric generator. However, a sufficiently high efficiency The simplest GTU scheme is achieved only with a high degree of increase in the total air pressure π _k in the compressor and an increase in the gas temperature in front of the turbine Τ _1T , which leads to a high cost of the gas turbine and a decrease in its reliability.

Известна также газотурбинная система по патенту USA №5185997 с приоритетом от 16.02.1993 года. Техническое решение содержит компрессор, камеру сгорания, турбину с электрогенератором, причем компрессор механически связан с турбиной. Однако температура выхлопных газов за турбиной в этой системе достаточно велика, что не позволяет достичь высокой эффективности энергосистемы.A gas turbine system according to USA patent No. 5185997 with a priority of February 16, 1993 is also known. The technical solution comprises a compressor, a combustion chamber, a turbine with an electric generator, the compressor being mechanically connected to the turbine. However, the temperature of the exhaust gases behind the turbine in this system is quite high, which does not allow to achieve high efficiency of the power system.

Наиболее близким аналогом того же назначения, что и заявляемое техническое решение является ГТУ с регенерацией тепла выхлопных газов, по патенту США «Brayton Cycle Yndustrial Cycle Air Compression» №5586429 от 24.12.1996 г и принятое за прототип.The closest analogue to the same purpose as the claimed technical solution is a gas turbine with heat recovery of exhaust gases, according to US patent "Brayton Cycle Yndustrial Cycle Air Compression" No. 5586429 dated 12.24.1996 and taken as a prototype.

В соответствии с прототипом газотурбинная установка содержит воздушный компрессор, камеру сгорания, турбину с электрогенератором, теплообменник с нагреваемым и нагревающим контурами, источник топлива с вентилем. Воздушный компрессор входом соединен с атмосферой, а выходом через вентиль и нагреваемый контур теплообменника с камерой сгорания. Камера сгорания соединена с источником топлива и с входом турбины, выход которой через нагревающий контур теплообменника, соединен с атмосферой. Турбина механически соединена с воздушным компрессором.In accordance with the prototype, a gas turbine installation contains an air compressor, a combustion chamber, a turbine with an electric generator, a heat exchanger with a heated and heating circuits, a fuel source with a valve. The air compressor is connected to the atmosphere by the inlet, and through the valve and the heated circuit of the heat exchanger with the combustion chamber through an outlet. The combustion chamber is connected to the fuel source and to the turbine inlet, the output of which through the heating circuit of the heat exchanger, is connected to the atmosphere. The turbine is mechanically connected to an air compressor.

В ГТУ тепло продуктов сгорания в теплообменнике нагревает воздух, поступающий из компрессора в камеру сгорания, а турбина работает на продуктах сгорания топлива, поступающих из камеры сгорания. Продукты сгорания топлива из теплообменника направляют в атмосферу. ГТУ этой схемы может иметь более высокий к.п.д. при достаточно низких значениях π_к и Τ_1T. Однако работа ГТУ традиционной схемы на низкокалорийных топливах приводит к повышенным потерям тепла с продуктами сгорания по сравнению с работой ГТУ на высококалорийном топливе и снижению кпд установки. Это связано с тем, что расход газа через турбину значительно превышает расход воздуха через компрессор из-за использования большого количества низкокалорийного топлива для достижения заданной температуры газа перед турбиной. В частности, одной из особенностей теплофизических свойств биогаза и синтез-газа является низкое значение стехиометрического отношения расходов воздуха и топлива (L₀=1-2), что в среднем на порядок меньше величины L₀ природного газа. Отсюда - недостаточно высокая эффективность и узкий диапазон потребительских свойств ГТУ.In gas turbine engines, the heat of the combustion products in the heat exchanger heats the air coming from the compressor into the combustion chamber, and the turbine runs on the combustion products of the fuel coming from the combustion chamber. The products of fuel combustion from the heat exchanger are sent to the atmosphere. GTU of this scheme may have a higher efficiency at sufficiently low values of π _k and Τ _1T . However, the operation of a conventional GTU on low-calorie fuels leads to increased heat loss with combustion products compared to the operation of a high-calorific gas turbine and lower plant efficiency. This is due to the fact that the gas flow through the turbine significantly exceeds the air flow through the compressor due to the use of a large amount of low-calorific fuel to achieve a given gas temperature in front of the turbine. In particular, one of the features of the thermophysical properties of biogas and synthesis gas is the low stoichiometric ratio of air to fuel consumption (L ₀ = 1-2), which is on average an order of magnitude less than the value of L _{0 of} natural gas. Hence, insufficiently high efficiency and a narrow range of consumer properties of gas turbines.

В основу полезной модели положено решение следующих задач:The utility model is based on the following tasks:

- повышение кпд газотурбинной установки при работе на низкокалорийном газообразном топливе;- increase the efficiency of a gas turbine installation when operating on low-calorie gaseous fuel;

- снижение эмиссии вредных веществ (NO_x и CO) в продуктах сгорания на основных режимах при работе на низкокалорийном газообразном топливе, при исключении заметного снижения полноты сгорания на переходных режимах;- reduction of emissions of harmful substances (NO _x and CO) in the products of combustion in the main modes when operating on low-calorie gaseous fuel, with the exception of a noticeable decrease in the completeness of combustion in transient conditions;

- расширение арсенала технических эффектов, достигаемых при работе установки.- expansion of the arsenal of technical effects achieved during operation of the installation.

Поставленные задачи решаются тем, что газотурбинная установка содержит воздушный компрессор, газовую турбину и потребитель механической энергии, установленные на одном валу, теплообменник с нагревающим и нагреваемым контурами, камеру сгорания и источник топлива. Компрессор входом соединен с атмосферой, а выходом - через нагреваемый контур теплообменника с входом камеры сгорания. Причем вход камеры сгорания соединен трубопроводом через вентиль и с источником топлива, а выход - с входом газовой турбины. При этом выход газовой турбины через нагревающий контур теплообменника и трубопровод соединен с атмосферой.The tasks are solved in that the gas turbine installation contains an air compressor, a gas turbine and a consumer of mechanical energy mounted on the same shaft, a heat exchanger with heating and heating circuits, a combustion chamber and a fuel source. The compressor is connected to the atmosphere by the input, and by the output through a heated circuit of the heat exchanger with the input of the combustion chamber. Moreover, the input of the combustion chamber is connected by a pipeline through the valve and to the fuel source, and the output is connected to the entrance of the gas turbine. In this case, the gas turbine exit through the heating circuit of the heat exchanger and the pipeline is connected to the atmosphere.

Новым в полезной модели является то, что установка дополнительно содержит второй теплообменник с нагревающим и нагреваемым контурами и потребитель продуктов сгорания. Источник топлива соединен после вентиля с входом камеры сгорания через нагреваемый контур второго теплообменника. Нагревающий контур второго теплообменника на входе трубопроводом соединен с выходом газовой турбины, а на выходе - через вентиль и потребитель продуктов сгорания с атмосферой.New in the utility model is that the installation additionally contains a second heat exchanger with heating and heating circuits and a consumer of combustion products. The fuel source is connected after the valve to the input of the combustion chamber through a heated circuit of the second heat exchanger. The heating circuit of the second heat exchanger at the inlet is connected by a pipeline to the outlet of the gas turbine, and at the outlet through a valve and a consumer of combustion products with the atmosphere.

Указанные существенные признаки обеспечивают решение поставленных задач, так как:These essential features provide a solution to the tasks, as:

- наличие в установке дополнительно второго теплообменника с нагревающим и нагреваемым контурами и потребителя продуктов сгорания обеспечивает расширение арсенала технических эффектов;- the presence in the installation of an additional second heat exchanger with heating and heating circuits and a consumer of combustion products provides an expansion of the arsenal of technical effects;

- соединение источника топлива после вентиля с входом камеры сгорания через нагреваемый контур второго теплообменника, нагревающий контур которого на входе соединен с выходом газовой турбины позволяет осуществлять предварительный нагрев топлива перед подачей в камеру сгорания от нагретых продуктов сгорания после газовой турбины, что позволяет повысить кпд ГТУ за счет уменьшения количества потребляемого топлива при его подогреве перед подачей в камеру сгорания,;- the connection of the fuel source after the valve with the input of the combustion chamber through a heated circuit of the second heat exchanger, the heating circuit of which at the inlet is connected to the output of the gas turbine, allows the fuel to be preheated before being fed to the combustion chamber from heated combustion products after the gas turbine, which allows to increase the efficiency of the gas turbine by reducing the amount of fuel consumed when it is heated before being fed into the combustion chamber ,;

- соединение выхода газовой турбины с атмосферой после нагревающего контура второго теплообменника через вентиль и потребитель продуктов сгорания обеспечивает повышение кпд и расширение потребительских качеств ГТУ за счет повышения температуры топлива при входе в камеру сгорания и возможности использования тепла части выхлопных газов.- connecting the outlet of the gas turbine with the atmosphere after the heating circuit of the second heat exchanger through the valve and the consumer of the combustion products provides an increase in the efficiency and expansion of the consumer qualities of the gas turbine due to an increase in the temperature of the fuel at the entrance to the combustion chamber and the possibility of using heat from some of the exhaust gases.

Существенные признаки полезной модели могут иметь развитие и продолжение.The essential features of a utility model can be developed and continued.

Потребитель механической энергии может быть выполнен, например, в виде электрогенератора, что позволяет удовлетворять потребность в электроэнергии.The consumer of mechanical energy can be made, for example, in the form of an electric generator, which allows to satisfy the need for electricity.

Нагревающие контуры теплообменников могут быть выполнены в виде единого контура, что позволяет сократить общую наружную поверхность единого теплообменника и таким образом уменьшить потери тепла в окружающую среду и повысить кпд установки, а также уменьшить металлоемкость и стоимость ГТУ.The heating circuits of the heat exchangers can be made in the form of a single circuit, which allows to reduce the overall outer surface of a single heat exchanger and thus reduce heat loss to the environment and increase the efficiency of the installation, as well as reduce the metal consumption and the cost of gas turbines.

Газотурбинная установка может содержать дополнительный потребитель продуктов сгорания соединенный через вентиль с выходом нагревающего контура теплообменника, где вход нагревающего контура теплообменника соединен с выходом турбины, а выход - с атмосферой через трубопровод с вентилем. Это позволяет существенно увеличить полезное использование продуктов сгорания установки, т.е. расширить арсенал технических эффектов, достигаемых при работе установки.A gas turbine installation may contain an additional consumer of combustion products connected through a valve to the outlet of the heating circuit of the heat exchanger, where the input of the heating circuit of the heat exchanger is connected to the outlet of the turbine, and the outlet to the atmosphere through a pipeline with a valve. This allows you to significantly increase the useful use of the combustion products of the installation, i.e. expand the arsenal of technical effects achieved by the installation.

Для газотурбинной установки предпочтительно использовать топливо в газообразном виде. Это обеспечивает повышение полноты сгорания топлива за счет достижения большей степени гомогенизации газовоздушной смеси против использования, например, жидкого топлива. На основании экспериментальных исследований известно, что полнота сгорания газообразного топлива на 2,0-3,0% выше полноты сгорания жидкого топлива.For a gas turbine installation, it is preferable to use fuel in gaseous form. This provides an increase in the completeness of combustion of the fuel by achieving a greater degree of homogenization of the gas-air mixture against the use of, for example, liquid fuel. Based on experimental studies, it is known that the completeness of combustion of gaseous fuel is 2.0-3.0% higher than the completeness of combustion of liquid fuel.

Источник топлива может содержать топливо из промышленных отходов, например продуктов переработки нефти. Это позволяет эффективно использовать попутный газ, образующийся в процессе переработки нефти, который, как правило, сжигается в факелах на нефтеперерабатывающих заводах (НПЗ). Использование попутного газа в качестве топлива заметно снижает удельную стоимость вырабатываемых электроэнергии и тепла, а также улучшает экологические показатели атмосферы при эксплуатации ГТУ, расположенные вблизи НПЗ. Пример такого рационального использования попутного газа при работе ГТУ ПАЭС-2500 имеется при частичном снабжении электроэнергией города Славянска-на-Кубани (Краснодарский край).The fuel source may contain fuel from industrial waste, such as petroleum refined products. This allows the efficient use of associated gas generated during the oil refining process, which, as a rule, is flared in oil refineries (refineries). The use of associated gas as fuel significantly reduces the unit cost of the generated electricity and heat, and also improves the environmental performance of the atmosphere during the operation of gas turbines located near the refinery. An example of such rational use of associated gas during the operation of the gas turbine plant PAES-2500 is available with a partial supply of electricity to the city of Slavyansk-on-Kuban (Krasnodar Territory).

Источник топлива может содержать топливо в виде продуктов утилизации бытовых отходов и продуктов утилизации канализационных стоков. Это заметно улучшает экологические показатели региона, так как позволяет исключить выбросы отходов в окружающую среду. Примером может служить опыт работы Курьяновской очистной станции в Юго-Восточном округе гор. Москвы, где за счет сжигания биогаза, образующегося при переработке канализационных стоков, снижается на 40% внешнее потребление электроэнергии на собственные нужды.The fuel source may contain fuel in the form of household waste products and waste disposal products. This significantly improves the environmental performance of the region, as it eliminates waste emissions into the environment. An example is the experience of the Kuryanovskaya treatment plant in the Southeast mountains. Moscow, where due to the burning of biogas generated during the processing of sewage, external consumption of electricity for own needs is reduced by 40%.

Источник топлива может содержать топливо в виде утилизации продуктов растительного происхождения. Это позволяет широко использовать возобновляемое растительное сырье (отходы лесоперерабатывающей промышленности и сельскохозяйственного производства: лузгу, кукурузную ботву и др.).The fuel source may contain fuel in the form of utilization of plant products. This makes it possible to widely use renewable plant raw materials (waste from the wood processing industry and agricultural production: husks, corn tops, etc.).

Газотурбинная установка может содержать дополнительно газовый компрессор с приводом, установленный между вентилем источника газообразного топлива и нагреваемым контуром второго теплообменника. Это обеспечивает расширение возможностей ГТУ за счет использования газового топлива низкого (в том числе атмосферного) давления.The gas turbine installation may further comprise a gas compressor with a drive installed between the valve of the gaseous fuel source and the heated circuit of the second heat exchanger. This provides the expansion of GTU capabilities through the use of low-pressure gas (including atmospheric) fuel.

Потребители механической энергии газотурбинной установки могут быть выполнены в виде насоса подачи жидкости, дополнительного компрессора, детандера или других приводных устройств.Consumers of mechanical energy of a gas turbine installation can be made in the form of a liquid supply pump, an additional compressor, an expander, or other drive devices.

Потребители продуктов сгорания могут быть выполнены в виде нагревателя текучей среды, котла-утилизатора, коллектора инертных газов или, например, установки по производству товарной двуокиси углерода (патент GB №2 140 873, опуб. 5 декабря 1984).Consumers of combustion products can be made in the form of a fluid heater, a waste heat boiler, an inert gas collector, or, for example, a plant for the production of commercial carbon dioxide (GB patent No. 2 140 873, publ. December 5, 1984).

Это расширяет потребительские возможности ГТУ для использования при эксплуатации.This expands the consumer capabilities of gas turbines for use in operation.

Таким образом, решены поставленные в полезной модели для газотурбинных установок задачи. Предложенная ГТУ позволяет:Thus, the tasks set in the utility model for gas turbine plants are solved. The proposed gas turbine allows:

- повысить кпд при работе на низкокалорийном газообразном топливе;- increase efficiency when working on low-calorie gaseous fuel;

- снизить эмиссию вредных веществ (NO_x и CO) в продуктах сгорания на основных режимах при работе на низкокалорийном газообразном топливе, при исключении заметного снижения полноты сгорания на переходных режимах;- reduce the emission of harmful substances (NO _x and CO) in the products of combustion in the main modes when operating on low-calorie gaseous fuel, with the exception of a noticeable decrease in the completeness of combustion in transient conditions;

- расширить арсенал технических эффектов, получаемых при работе установки.- expand the arsenal of technical effects obtained during operation of the installation.

Настоящая полезная модель поясняется последующим подробным описанием ГТУ и ее работы с иллюстрациями представленными на фиг. 1, 2, где:The present utility model is illustrated by the following detailed description of the gas turbine engine and its operation with the illustrations presented in FIG. 1, 2, where:

на фиг. 1 изображена схема базовой ГТУ;in FIG. 1 shows a diagram of the basic gas turbine;

на фиг. 2 - варианты модернизации ГТУ.in FIG. 2 - options for the modernization of gas turbines.

Газотурбинная установка (см. фиг. 1) содержит воздушный компрессор 1, газовую турбину 2 и потребитель 3 механической энергии, установленные на одном валу, теплообменник 4 с нагревающим и нагреваемым контурами соответственно 5, 6, камеру сгорания 7 и источник 8 топлива. Где компрессор 1 входом соединен с атмосферой, а выходом - через нагреваемый контур 6 теплообменника 4 с входом камеры сгорания 7. Причем вход камеры сгорания 7 соединен трубопроводом через вентиль 9 и с источником 8 топлива, а выход - с входом газовой турбины 2. Установка дополнительно содержит второй теплообменник 10 с нагревающим и нагреваемым контурами соответственно 11, 12 и потребитель 13 продуктов сгорания. Источник топлива 8 соединен после вентиля 9 с входом камеры сгорания 7 через нагреваемый контур 12 второго теплообменника 10. Нагревающий контур 11 теплообменника 10 на входе трубопроводом соединен с выходом газовой турбины 2, а на выходе - через вентиль 14 и потребитель 13 продуктов сгорания с атмосферой. Потребитель 3 механической энергии выполнен, например, в виде электрогенератора. Потребители продуктов сгорания также могут быть выполнены в виде нагревателя текучей среды, котла-утилизатора, коллектора инертных газов или, например, установки по производству товарной двуокиси углерода (патент GB №2 140 873, опуб. 5 декабря 1984).A gas turbine installation (see Fig. 1) contains an air compressor 1, a gas turbine 2 and a consumer 3 of mechanical energy mounted on one shaft, a heat exchanger 4 with heating and heating circuits, respectively 5, 6, a combustion chamber 7 and a fuel source 8. Where the compressor 1 is connected to the atmosphere by the input and the output through the heated circuit 6 of the heat exchanger 4 with the input of the combustion chamber 7. Moreover, the input of the combustion chamber 7 is connected by a pipe through valve 9 and to the fuel source 8, and the output is connected to the input of the gas turbine 2. Installation is additional contains a second heat exchanger 10 with heating and heated circuits, respectively 11, 12 and the consumer 13 of the combustion products. The fuel source 8 is connected after the valve 9 to the input of the combustion chamber 7 through the heated circuit 12 of the second heat exchanger 10. The heating circuit 11 of the heat exchanger 10 is connected at the pipe inlet to the outlet of the gas turbine 2, and at the outlet through the valve 14 and the consumer 13 of the combustion products with the atmosphere. The consumer 3 of mechanical energy is made, for example, in the form of an electric generator. Consumers of combustion products can also be made in the form of a fluid heater, a waste heat boiler, an inert gas collector, or, for example, a plant for the production of commercial carbon dioxide (GB patent No. 2 140 873, publ. December 5, 1984).

Нагревающие контуры 5, 11 соответственно теплообменников 4, 10 могут быть выполнены в виде единого контура (см. фиг. 2). Кроме того, установка содержит дополнительный потребитель 15 продуктов сгорания, соединенный через вентиль 16 с выходом нагревающего контура 5, 11 объединенного теплообменника 4, 10. Здесь выход нагревающего контура теплообменника соединен с атмосферой через трубопровод с вентилем 17. Источник 8 содержит топливо газообразного вида. Это топливо может быть продуктами утилизации промышленных и бытовых отходов, продуктами утилизации канализационных стоков и растительного сырья. Газотурбинная установка дополнительно содержит газовый компрессор 18 с приводом, установленный на трубопроводе между вентилем 9 источника 8 газообразного топлива и нагреваемом контуром 12 второго теплообменника 10 (см. фиг. 1) или теплообменника 4, 10 (см. фиг. 2).The heating circuits 5, 11, respectively, of the heat exchangers 4, 10 can be made in the form of a single circuit (see Fig. 2). In addition, the installation contains an additional consumer 15 of combustion products connected through the valve 16 to the output of the heating circuit 5, 11 of the combined heat exchanger 4, 10. Here, the output of the heating circuit of the heat exchanger is connected to the atmosphere through a pipe with valve 17. The source 8 contains gaseous fuel. This fuel may be the products of utilization of industrial and household waste, the products of the disposal of sewage and plant materials. The gas turbine installation further comprises a gas compressor 18 with a drive mounted on the pipeline between the valve 9 of the gaseous fuel source 8 and the heated circuit 12 of the second heat exchanger 10 (see Fig. 1) or heat exchanger 4, 10 (see Fig. 2).

Газотурбинная установка работает следующим образом. Электрогенератор 3 (см. фиг. 1) в режиме стартера раскручивает вал с воздушным компрессором 1 и газовой турбиной 2. Компрессор 1 всасывает из атмосферы воздух, сжимает его с нагревом и направляет в нагреваемый контур 6 теплообменника 4 и далее через камеру сгорания 7 в турбину 2. Из турбины 2 воздух направляют через нагревающий контур 5 в атмосферу. Одновременно из источника 8 газообразного топлива через открытый вентиль 9 и нагреваемый контур 12 второго теплообменника 10 топливо поступает в камеру сгорания 7, где оно после воспламенения в потоке воздуха сгорает. Образующиеся горячие газообразные продукты сгорания поступают в газовую турбину 2, выходя из которой проходят через нагревающий контур 5 теплообменника 4, где отдают часть тепловой энергии воздуху, идущему из воздушного компрессора 1 через нагреваемый контур 6 теплообменника 4 и направляются в атмосферу. Кроме того, часть продуктов сгорания после газовой турбины 2 направляется в нагревающий контур 11 второго теплообменника 10. После чего частично охлажденный газ через вентиль 14 поступает к потребителю 13 продуктов сгорания и далее в атмосферу. Горячий газ в турбине 2 расширяясь, создает на валу ГТУ механическую энергию, часть которой расходуется на привод воздушного компрессора 1, а оставшаяся часть идет на снабжение потребителя механической энергии 3, например электрогенератора.Gas turbine installation operates as follows. The generator 3 (see Fig. 1) in starter mode spins the shaft with an air compressor 1 and a gas turbine 2. Compressor 1 draws air from the atmosphere, compresses it with heating and directs it to the heated circuit 6 of the heat exchanger 4 and then through the combustion chamber 7 to the turbine 2. From the turbine 2, air is directed through the heating circuit 5 into the atmosphere. At the same time, from the source of gaseous fuel 8 through the open valve 9 and the heated circuit 12 of the second heat exchanger 10, the fuel enters the combustion chamber 7, where it burns after ignition in the air stream. The resulting hot gaseous products of combustion enter the gas turbine 2, leaving which pass through the heating circuit 5 of the heat exchanger 4, where they give part of the thermal energy to the air coming from the air compressor 1 through the heated circuit 6 of the heat exchanger 4 and are sent to the atmosphere. In addition, part of the combustion products after the gas turbine 2 is sent to the heating circuit 11 of the second heat exchanger 10. Then the partially cooled gas through the valve 14 enters the consumer 13 of the combustion products and then into the atmosphere. The expanding hot gas in turbine 2 creates mechanical energy on the gas turbine shaft, part of which is spent on driving the air compressor 1, and the rest goes on supplying the consumer with mechanical energy 3, for example, an electric generator.

В варианте, когда нагревающие контуры 5, 11 соответственно теплообменников 4, 10 выполнены в виде единого контура (см. фиг. 2) продукты сгорания из газовой турбины 2 полностью проходят через единый контур 5, 11 теплообменника и отводятся в атмосферу.In the embodiment, when the heating circuits 5, 11, respectively, of the heat exchangers 4, 10 are made in the form of a single circuit (see Fig. 2), the combustion products from the gas turbine 2 completely pass through a single circuit 5, 11 of the heat exchanger and are discharged into the atmosphere.

В варианте когда установка содержит дополнительный потребитель 15 продуктов сгорания, соединенный через вентиль 16 с выходом нагревающего контура 5, теплообменника 4 продукты сгорания из нагревающего контура 5 поступают в атмосферу тремя потоками: через вентиль 16 и дополнительный потребитель продуктов сгорания 15, через вентиль 17, через вентиль 14 и потребитель продуктов сгорания 13.In an embodiment when the installation contains an additional consumer 15 of the combustion products connected through the valve 16 to the output of the heating circuit 5, the heat exchanger 4 the combustion products from the heating circuit 5 enter the atmosphere in three streams: through the valve 16 and the additional consumer of the combustion products 15, through the valve 17, through valve 14 and the consumer of the products of combustion 13.

Установка топливного компрессора 18 (см. фиг. 2) между источником газообразного топлива 8 с вентилем 9 и нагреваемым контуром 14 дополнительного теплообменника 12, позволяет при необходимости повышать давление газообразного топлива до давления воздуха в камере сгорания 7.The installation of the fuel compressor 18 (see Fig. 2) between the source of gaseous fuel 8 with valve 9 and the heated circuit 14 of the additional heat exchanger 12, if necessary, can increase the pressure of the gaseous fuel to the air pressure in the combustion chamber 7.

Установка режима работы турбокомпрессора ГТУ выполняется соответствующим открытием вентиля 9. Регулирование подачи продуктов сгорания потребителю 13 осуществляется вентилем 14. Регулирование подачи продуктов сгорания потребителю 15, при обеспечении постоянства режима работы турбокомпрессора, осуществляется вентилями 16 и 17.The installation of the GTU turbocompressor operation mode is performed by the corresponding opening of the valve 9. The supply of combustion products to the consumer 13 is controlled by the valve 14. The supply of combustion products to the consumer 15 is controlled by the valves 16 and 17 being constant.

Предлагаемое техническое решение может найти полезное применение в первую очередь при использовании биогаза или синтез-газа в качестве топлива для ГТУ. Актуальность предложения подтверждается концептуальным документом «Энергетическая программа России до 2020 года», утвержденная распоряжением Правительства РФ от 28.08.2003 г. №1234-р. В программе ставится задача «преодоления отставания России в использовании возобновляемых источников энергии», в том числе на основе утилизации отходов жизнедеятельности людей.The proposed technical solution can find useful application primarily when using biogas or synthesis gas as a fuel for gas turbines. The relevance of the proposal is confirmed by the concept paper “The Energy Program of Russia until 2020”, approved by decree of the Government of the Russian Federation of August 28, 2003 No. 1234-p. The program sets the task of “overcoming the backlog of Russia in the use of renewable energy sources”, including through the disposal of human waste.

Claims

1. A gas turbine installation containing an air compressor, a gas turbine and a consumer of mechanical energy mounted on one shaft, a heat exchanger with heating and heating circuits, a combustion chamber and a fuel source, where the compressor is connected to the atmosphere by the inlet and the outlet through a heated heat exchanger circuit with an inlet combustion chamber, and the input of the combustion chamber is connected by a pipeline through the valve and to the fuel source, and the output is connected to the input of the gas turbine, while the output of the turbine through the heating circuit of the heat exchanger the pipeline is connected to the atmosphere, characterized in that it further comprises a second heat exchanger with heating and heated circuits and a consumer of combustion products, where the fuel source is connected after the valve to the input of the combustion chamber through a heated circuit of the second heat exchanger, the heating circuit of which is connected to the gas turbine outlet at the pipe inlet and at the outlet through the valve and the consumer of the products of combustion with the atmosphere.

2. A gas turbine installation according to claim 1, characterized in that the consumer of mechanical energy is made in the form of an electric generator.

3. Gas turbine installation according to claim 1, characterized in that the heating circuits of the heat exchangers are made in the form of a single circuit.

4. A gas turbine installation according to claim 1, characterized in that it contains an additional consumer of combustion products connected through a valve to the outlet of the heating circuit of the heat exchanger, where the outlet of the heating circuit of the heat exchanger is connected to the atmosphere through a pipeline with a valve.

5. A gas turbine installation according to claim 1, characterized in that the fuel source contains gaseous fuel.

6. A gas turbine installation according to claim 5, characterized in that the fuel source contains fuel in the form of industrial waste disposal products.

7. Gas turbine installation according to claim 5, characterized in that the fuel source contains fuel in the form of household waste products.

8. A gas turbine installation according to claim 5, characterized in that the source contains fuel in the form of waste water disposal products.

9. A gas turbine installation according to claim 5, characterized in that the fuel source contains fuel in the form of utilization of plant products.

10. The gas turbine installation according to claim 5, characterized in that it further comprises a gas compressor with a drive mounted on the pipeline between the fuel source valve and the heated circuit of the second heat exchanger.