RU151050U1

RU151050U1 - GAS-TURBINE POWER PLANT

Info

Publication number: RU151050U1
Application number: RU2014130062/06U
Authority: RU
Inventors: Александр Анатольевич Пузич; Александр Борисович Эзрохи; Сергей Владимирович Залашков; Юрий Алексанлрович Эзрохи; Алексей Иванович Ляшенко
Priority date: 2014-07-22
Filing date: 2014-07-22
Publication date: 2015-03-20

Abstract

1. Газотурбинная энергетическая установка (ГТУ), содержащая компрессор, камеру сгорания, газовую турбину, состоящую из одной или нескольких ступеней расширения газа, и силовую турбину, отличающаяся тем, что, с целью повышения мощности силовой турбины и повышения экономичности ГТУ, за выходным сечением камеры сгорания установлен газовый эжектор, камера смешения которого соединена трубопроводом с газодинамическим трактом за ступенью газовой турбины для перепуска части газа на вход газовой турбины.2. Газотурбинная энергетическая установка (ГТУ) по п. 1, отличающаяся тем, что трубопровод перепуска части газа соединен с газодинамическим трактом в сечении за первой ступенью многоступенчатой газовой турбины.3. Газотурбинная энергетическая установка (ГТУ) по п. 1, отличающаяся тем, что трубопровод перепуска части газа выполнен в виде отдельных труб, равномерно расположенных по окружности в местах отбора и выхода газа.1. A gas turbine power plant (GTU) comprising a compressor, a combustion chamber, a gas turbine consisting of one or more stages of gas expansion, and a power turbine, characterized in that, in order to increase the power of the power turbine and increase the efficiency of the gas turbine, behind the exit section a gas ejector is installed in the combustion chamber, the mixing chamber of which is connected by a pipeline to the gasdynamic path behind the gas turbine stage to transfer part of the gas to the gas turbine inlet. 2. A gas turbine power plant (GTU) according to claim 1, characterized in that the gas bypass pipeline is connected to the gas-dynamic path in a section behind the first stage of a multistage gas turbine. 3. A gas turbine power plant (GTU) according to claim 1, characterized in that the pipeline for bypassing part of the gas is made in the form of separate pipes evenly spaced around the circumference at the points of gas extraction and exit.

Description

Полезная модель относится к области использования газотурбинных двигателей для создания промышленных энергетических установок.The utility model relates to the field of using gas turbine engines to create industrial power plants.

Известны газотурбинные энергетические установки (ГТУ), содержащие компрессор, камеру сгорания, газовую турбину, состоящую, как правило, из нескольких ступеней расширения газа, а также размещенную на отдельном валу силовую турбину, преобразующую энергию поступающего на ее вход газа повышенного давления и температуры в механическую энергию на валу силовой (свободной) турбины. Эта энергия может быть использована для вращения электрогенератора с целью получения электрической мощности (см. например, патенты РФ №№2189454, 2189477, 2135782). Удельная мощность газотурбинного привода ограничена допустимой температурой газа перед газовой турбиной и составляет для находящейся в эксплуатации газотурбинной электростанции ГТЭ55СТ-20 примерно 0,2 Мвт/кг/сек.Known gas turbine power plants (GTU), containing a compressor, a combustion chamber, a gas turbine, consisting, as a rule, of several stages of gas expansion, as well as a power turbine located on a separate shaft, converting the energy of high pressure and temperature gas supplied to its input into mechanical energy on the shaft of a power (free) turbine. This energy can be used to rotate the generator in order to obtain electric power (see, for example, RF patents Nos. 2189454, 2189477, 2135782). The specific power of the gas-turbine drive is limited by the permissible gas temperature in front of the gas turbine and is approximately 0.2 MW / kg / s for the GTE55ST-20 gas-turbine power plant in operation.

С целью повышения мощности и экономичности ГТУ предлагается обеспечить перепуск части отработавшего на одной или нескольких ступенях газовой турбины рабочего тела на вход первой ступени газовой турбины, для чего за выходным сечением камеры сгорания перед входом в газовую турбину установить эжектор, камера смешения которого соединена трубопроводом с газовоздушным трактом за одной из ступеней газовой турбины, что позволит, используя в качестве активного поток сжатого в компрессоре и подогретого в камере сгорания газа, эжектировать часть отработавшего в ступени газовой турбины рабочего тела и после смешения его с поступившим из камеры сгорания газом подать увеличенное количество газа на вход газовой турбины. Таким образом, расход поступающего на вход турбины газа увеличится по сравнению с расходом воздуха проходящего через компрессор, а температура его снизится по сравнению с температурой газа на выходе из камеры сгорания, что позволяет увеличить подачу топлива в камеру сгорания при сохранении температуры газа перед газовой турбиной (что актуально для обеспечения ее работоспособности). При этом увеличится давление газа за газовой турбиной, что обеспечит увеличение мощности силовой турбины. По сравнению с ГТУ, не оборудованной перепуском части газа из промежуточной ступени турбины на ее вход, потребуется увеличение проходных сечений рабочих и сопловых лопаток на участке от входа в турбину до сечения, в котором осуществлен перепуск части газа.In order to increase the power and economy of a gas turbine, it is proposed to transfer a part of the working fluid spent at one or several stages of the gas turbine to the inlet of the first stage of the gas turbine, for which an ejector must be installed behind the outlet section of the combustion chamber before entering the gas turbine, the mixing chamber of which is connected by a gas-air pipeline the path behind one of the steps of the gas turbine, which will allow to eject the hour as an active stream of gas compressed in the compressor and heated in the combustion chamber s of spent working fluid in a gas turbine stage and after mixing it with the combustion gas received from the chamber an increased amount of feed gas input to the gas turbine. Thus, the flow rate of gas entering the turbine inlet will increase compared to the flow rate of air passing through the compressor, and its temperature will decrease compared to the temperature of the gas leaving the combustion chamber, which will increase the fuel supply to the combustion chamber while maintaining the gas temperature in front of the gas turbine ( which is important to ensure its performance). At the same time, the gas pressure behind the gas turbine will increase, which will provide an increase in the power of the power turbine. Compared to a gas turbine that is not equipped with a bypass for a part of the gas from the intermediate stage of the turbine to its inlet, an increase in the bore sections of the working and nozzle vanes in the section from the inlet of the turbine to a section in which a part of the gas is bypassed is required.

Расчеты показывают, что перепуск 50% газа на вход турбины обеспечит увеличение мощности свободной (силовой) турбины на 19% при снижении удельного расхода топлива на 8,5%, при этом потребуется увеличение площади соплового аппарата газовой турбины на 80%.Calculations show that bypassing 50% of the gas to the turbine inlet will increase the power of the free (power) turbine by 19% while reducing the specific fuel consumption by 8.5%, and an increase in the area of the nozzle apparatus of the gas turbine by 80% will be required.

На фиг. 1 схематически представлен пример реализации предлагаемого устройства. Газотурбинная энергетическая установка (ГТУ), содержит установленные последовательно компрессор 1, камеру сгорания 2, за которой располагается газовая турбина 3, между выходным сечением камеры сгорания 2 и входом в газовую турбину 3 расположена камера смешения газового эжектора 4.In FIG. 1 schematically presents an example implementation of the proposed device. A gas turbine power plant (GTU) contains a sequentially installed compressor 1, a combustion chamber 2, behind which a gas turbine 3 is located, between the outlet section of the combustion chamber 2 and the entrance to the gas turbine 3 there is a mixing chamber of the gas ejector 4.

Пространство на участке за первой ступенью 5 многоступенчатой турбины 3 соединено с камерой смешения равномерно расположенными трубами 6 для перепуска части газа на вход первой ступени газовой турбины 3. Далее по направлению потока газа располагается силовая турбина 7, вал которой жестко соединен с валом электрогенератора или другого потребителя мощности.The space in the area behind the first stage 5 of the multi-stage turbine 3 is connected to the mixing chamber by uniformly arranged pipes 6 for bypassing part of the gas to the inlet of the first stage of the gas turbine 3. Next, in the direction of the gas flow, there is a power turbine 7, the shaft of which is rigidly connected to the shaft of an electric generator or other consumer power.

В процессе работы газотурбинной энергетической установки поступающий на вход компрессора 1 воздух сжимается, подогревается в камеру сгорания 2, за счет сжигания топлива (жидкого или газообразного) и поступает в камеру смешения эжектора 4. Вследствие высокой скорости истечения продукты горения эжектируют из области за первой ступенью турбины 5 газ с более низким полным давлением и температурой по трубопроводам 6. В камере смешения эжектора 4 происходит смешение эжектированного по трубопроводам 6 газа с поступившим из камеры сгорания 2 продуктами горения топливо-воздушной смеси, в результате чего на вход газовой турбины 3 поступает больший по сравнению с расходом воздуха через компрессор 1 расход рабочего тела. Поскольку для привода компрессора 1 требуется такое же количество энергии, что и при отсутствии перепуска газа на вход турбины, располагаемая энергия потока перед силовой турбиной 7 увеличивается, что обеспечивает увеличение мощности на валу силовой турбины 7, а следовательно, и электрогенератора 8. Термодинамический расчет показывает, что перепуск газа в количестве 50% от расхода через компрессор позволяет увеличить мощность, отдаваемую потребителю на 19%, при этом удельный расход топлива снижается на 8,5%. При перепуске 30% выигрыш составит 12% и 5,5%, соответственно.During operation of the gas turbine power plant, the air entering the compressor 1 is compressed, heated to the combustion chamber 2, by burning fuel (liquid or gaseous), and enters the mixing chamber of the ejector 4. Due to the high flow rate, the combustion products are ejected from the area beyond the first stage of the turbine 5 gas with lower total pressure and temperature through the pipelines 6. In the mixing chamber of the ejector 4, the gas ejected through the pipelines 6 is mixed with the gas coming from the combustion chamber 2 ktami burning fuel-air mixture, resulting in the entrance of the gas turbine 3 is supplied larger than the air flow rate through the compressor 1, the working fluid flow. Since the drive of the compressor 1 requires the same amount of energy as in the absence of gas bypass to the turbine inlet, the available flow energy in front of the power turbine 7 increases, which increases the power on the shaft of the power turbine 7, and therefore the generator 8. Thermodynamic calculation shows that bypassing gas in an amount of 50% of the flow rate through the compressor allows you to increase the power given to the consumer by 19%, while the specific fuel consumption is reduced by 8.5%. With a 30% bypass, the gain will be 12% and 5.5%, respectively.

Применение предлагаемой полезной модели позволяет повысить мощность газотурбинной установки и снизить расход топлива на единицу мощности.The application of the proposed utility model allows to increase the power of a gas turbine unit and reduce fuel consumption per unit of power.

Claims

1. A gas turbine power plant (GTU), comprising a compressor, a combustion chamber, a gas turbine consisting of one or more stages of gas expansion, and a power turbine, characterized in that, in order to increase the power of the power turbine and increase the efficiency of the gas turbine, behind the exit section a gas ejector is installed in the combustion chamber, the mixing chamber of which is connected by a pipeline to the gasdynamic path behind the gas turbine stage to transfer part of the gas to the gas turbine inlet.

2. A gas turbine power plant (GTU) according to claim 1, characterized in that the pipeline for bypassing part of the gas is connected to the gas-dynamic path in a section behind the first stage of a multi-stage gas turbine.

3. Gas turbine power plant (GTU) according to claim 1, characterized in that the pipeline bypassing part of the gas is made in the form of separate pipes evenly spaced around the circumference at the points of gas extraction and exit.