RU2011872C1

RU2011872C1 - Gas-turbine plant and method of its operation

Info

Publication number: RU2011872C1
Authority: RU
Inventors: Я.М. Кутынский
Original assignee: Кутынский Ярополк Михайлович
Priority date: 1991-03-20
Filing date: 1991-03-20
Publication date: 1994-04-30

Abstract

FIELD: gas-turbine manufacture. SUBSTANCE: combustion products entering a low-pressure turbine are heated by heat exchange with the combustion products entering a high-pressure turbine. EFFECT: improved efficiency. 2 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к газотурбостроению и может найти применение во всех отраслях промышленности, использующих газотурбинные установки (ГТУ). The invention relates to gas turbine engineering and can find application in all industries using gas turbine units (GTU).

Известны способ и устройство для его осуществления, согласно которым очистка и сжатие воздуха предусматривается только в количестве, необходимом для горения топлива. Снижение температуры рабочего тела до требуемой величины осуществляется путем подачи в него перегретого пара перед входом в турбину [1] . A known method and device for its implementation, according to which the purification and compression of air is provided only in the amount necessary for burning fuel. The temperature of the working fluid is reduced to the required value by supplying superheated steam to it before entering the turbine [1].

Известно также решение, согласно которому снижение температуры рабочего тела осуществляют путем увеличения количества воздуха, подаваемого в камеру сгорания. Это решение имеет в настоящее время наибольшее распространение [2] . A solution is also known, according to which a decrease in the temperature of the working fluid is carried out by increasing the amount of air supplied to the combustion chamber. This solution is currently the most widely used [2].

Наиболее близкой к изобретению является газотурбинная установка с подогревом воздуха, выходящего из компрессора, где предусматриваются сжатие воздуха, сжигание в нем топлива в камере сгорания, расширение полученных продуктов сгорания в турбине высокого давления, охлаждение продуктов сгорания перед расширением их в турбине низкого давления, а также предусматривается подогрев всего или части воздуха перед его поступлением в камеру сгорания в расположенном между турбинами высокого и низкого давления теплообменнике, вход которого по охлаждаемой среде подключен к выходу турбины высокого давления, а выход - к входу турбины низкого давления [3] . Closest to the invention is a gas turbine installation with heating the air leaving the compressor, which provides for air compression, burning fuel in the combustion chamber, expanding the resulting combustion products in a high pressure turbine, cooling the combustion products before expanding them in a low pressure turbine, and provides for the heating of all or part of the air before it enters the combustion chamber in a heat exchanger located between the high and low pressure turbines, the inlet of which is azhdaemoy medium connected to the output of the high pressure turbine, and the output - to the input of the low pressure turbine [3].

Недостатком такого решения является то, что турбины высокого и низкого давлений работают при различных температурах, что снижает общую эффективность ГТУ, а также то, что турбина высокого давления работает при температуре, равной температуре в камере сгорания. Последнее препятствует возможности ее повышения в камере сгорания из-за ограниченной жаростойкости современных материалов, из которых изготавливается турбина. The disadvantage of this solution is that the high and low pressure turbines operate at different temperatures, which reduces the overall efficiency of the gas turbine, as well as the fact that the high pressure turbine operates at a temperature equal to the temperature in the combustion chamber. The latter prevents the possibility of its increase in the combustion chamber due to the limited heat resistance of modern materials from which the turbine is made.

Цель изобретения - повышение эффективности работы газотурбинной установки путем увеличения эффективного КПД на 3-6 абсолютных % относительно КПД традиционных ГТУ при аналогичных начальных температурах рабочего тела. The purpose of the invention is to increase the efficiency of a gas turbine installation by increasing the effective efficiency by 3-6 absolute% relative to the efficiency of traditional gas turbines at similar initial working fluid temperatures.

Поставленная цель достигается тем, что продукты сгорания, выходящие из камеры сгорания, охлаждают в рекуперативном теплообменнике перед поступлением их в турбину высокого давления, а частично отработавшие в ней продукты сгорания подогревают перед входом в турбину низкого давления за счет теплообмена с охлаждаемой средой. Это достигается путем подключения теплообменника входом по охлаждаемой среде к выходу из камеры сгорания и выходом к входу турбины высокого давления. This goal is achieved in that the combustion products leaving the combustion chamber are cooled in a recuperative heat exchanger before they enter the high-pressure turbine, and the partially exhausted combustion products are heated before entering the low-pressure turbine due to heat exchange with the cooled medium. This is achieved by connecting the heat exchanger with an inlet through a cooled medium to the outlet of the combustion chamber and an outlet to the inlet of the high pressure turbine.

На чертеже представлена схема предлагаемой газотурбинной установки. The drawing shows a diagram of the proposed gas turbine installation.

Устройство включает соединенные по ходу воздуха компрессор 1, камеру сгорания 2, рекуперативный теплообменник 3, турбину высокого давления 4 и турбину низкого давления 5. The device includes a downstream compressor 1, a combustion chamber 2, a regenerative heat exchanger 3, a high pressure turbine 4 and a low pressure turbine 5.

Реализация способа осуществляется следующим образом. The implementation of the method is as follows.

Воздух из атмосферы подают на вход компрессора 1, где его сжимают до необходимого давления и с температурой адиабатического сжатия подают в камеру сгорания 2. В результате сгорания топлива в камере 2 температура воздуха повышается и полученные продукты сгорания направляются на вход по охлаждаемой среде рекуперативного теплообменника 3. Температура продуктов горения ограничивается только жаростойкостью камеры сгорания и газоходов. В рекуперативном теплообменнике 3 продукты сгорания охлаждаются газами, выходящими с турбины высокого давления 4 после выполнения ими частичной работы расширения. Одновременно в рекуперативном теплообменнике 3 происходит нагрев в результате теплообмена с охлаждаемой средой этих газов, которые подают в качестве рабочего тела на турбину низкого давления 5. После совершения в этой турбине полной работы расширения рабочее тело выбрасывают в атмосферу в виде выхлопных газов. Air from the atmosphere is supplied to the inlet of the compressor 1, where it is compressed to the required pressure and fed to the combustion chamber 2 with the adiabatic compression temperature. As a result of fuel combustion in the chamber 2, the air temperature rises and the resulting combustion products are sent to the inlet through the cooled medium of the regenerative heat exchanger 3. The temperature of the combustion products is limited only by the heat resistance of the combustion chamber and gas ducts. In the recuperative heat exchanger 3, the combustion products are cooled by the gases leaving the high pressure turbine 4 after they have performed a partial expansion work. At the same time, in the recuperative heat exchanger 3, these gases are heated by heat exchange with the cooled medium, which are supplied as a working fluid to the low pressure turbine 5. After the expansion work is complete in this turbine, the working fluid is emitted into the atmosphere in the form of exhaust gases.

Claims

1. The method of operation of a gas turbine installation, including air compression, burning fuel in it in a combustion chamber, expanding the resulting combustion products in high and low pressure turbines, changing the temperature of the combustion products before expanding them in a low pressure turbine, characterized in that, in order to increase work efficiency, the temperature change of the combustion products before expansion in the low pressure turbine is carried out by heating them during heat exchange with the combustion products before their expansion in the turbines High pressure.

2. A gas turbine installation containing a compressor, a combustion chamber, high and low pressure turbines located between the last recuperative heat exchanger, characterized in that, in order to increase efficiency in operation, the recuperative heat exchanger is connected to the outlet of the combustion chamber by the inlet through the cooled medium and the outlet to the inlet of the high pressure turbine, and in the heated medium, the inlet in the heated medium is connected to the outlet of the high pressure turbine, and the output to the inlet of the low pressure turbine.