RU2117793C1

RU2117793C1 - Fuel supply system of gas-turbine plant

Info

Publication number: RU2117793C1
Application number: RU95103752A
Authority: RU
Inventors: А.И. Белевич; М.М. Гойхенберг; Ю.А. Канахин; В.И. Особов; В.М. Чепкин
Original assignee: Акционерное общество открытого типа "А.Люлька-Сатурн"
Priority date: 1995-03-16
Filing date: 1995-03-16
Publication date: 1998-08-20
Also published as: RU95103752A

Abstract

FIELD: gas- turbine plants burning natural gas. SUBSTANCE: system has combustion chamber communicating through gas ejector with gas line. Active nozzle of ejector is connected to high-pressure steam line. Ejector outlet is connected to condenser-aftercooler incorporating gas and water outlets; the latter communicates through water flow dispenser with combustion chamber. Fuel supply system is provided in addition with at least one more ejector and one more condenser-aftercooler installed in tandem upstream of main ejector. Active nozzle of additional ejector is connected to high- pressure steam line. Gas outlet of additional condenser-aftercooler is connected to inlet of ejector mounted downstream of it. EFFECT: reduced energy loss and cost. 2 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к газотурбинным установкам, работающим на природном газе, а именно к системе их топливоподачи. The invention relates to gas turbine plants operating on natural gas, and in particular to a fuel supply system thereof.

Известна система топливоподачи газотурбинной установки, содержащая турбину, соединенную через эжектор с высоконапорной газовой магистралью. Причем у эжектора газ проходит через активное сопло, в воздух, засасываемый из атмосферы, - через его пассивное сопло, и эта газовоздушная смесь подается на пусковую турбину (авт. свид. СССР N 1262075, МКИ F 02 C 3/00, 1986). A known fuel supply system of a gas turbine installation comprising a turbine connected through an ejector to a high-pressure gas line. Moreover, at the ejector, gas passes through an active nozzle, into the air sucked in from the atmosphere, through its passive nozzle, and this gas-air mixture is fed to the starting turbine (ed. Certificate of the USSR N 1262075, MKI F 02 C 3/00, 1986).

Здесь газовоздушная смесь, пройдя через турбину, выбрасывается в атмосферу, что не только невыгодно с точки зрения энергетически, но плохо с противопожарной и экологической точки зрения. Here, the gas-air mixture, passing through the turbine, is released into the atmosphere, which is not only unprofitable from the point of view of energy, but bad from a fire and environmental point of view.

Известна также система топливоподачи газотурбинной установки, содержащая камеру сгорания, соединенную через эжектор с газовой магистралью (авт. свид. СССР 935638, МКИ F 02 C 9/00, 1980). Активное сопло эжектора соединено с газовой высоконапорной магистралью, а пассивное сопло с низконапорным выходом пусковой турбины, работающей также на газе. A fuel supply system of a gas turbine installation is also known, comprising a combustion chamber connected via an ejector to a gas main (ed. Certificate of the USSR 935638, MKI F 02 C 9/00, 1980). The active nozzle of the ejector is connected to the gas high-pressure line, and the passive nozzle with the low-pressure output of the starting turbine, which also works on gas.

Такая система топливоподачи предназначена только для перекачивающих агрегатов, устанавливаемых на высоконапорных магистральных газопроводах. Such a fuel supply system is intended only for pumping units installed on high-pressure main gas pipelines.

Если же газотурбинная установка используется для других целей, например, в качестве энергетической и для своей работы использует природный газ, который поступает из городских газовых магистралей, имеющих давление от 1,5 до 12 ати, то такая система топливоподачи не обеспечивает надежной работы газотурбинной установки. Связано это с тем, что для работы современной газотурбинной установки необходимо давление подачи газа в ее камеру сгорания не менее 25 ати. If the gas turbine unit is used for other purposes, for example, as a power plant and uses natural gas from the city gas lines with a pressure of 1.5 to 12 atm for its operation, such a fuel supply system does not ensure reliable operation of the gas turbine unit. This is due to the fact that for the operation of a modern gas turbine installation, the gas supply pressure in its combustion chamber must be at least 25 atm.

Задача изобретения - обеспечение надежной работы системы топливоподачи для современной газотурбинной установки, использующей природный газ из низконапорных газовых магистралей, например городских, при этом обеспечивающей снижение вредных выбросов при минимальных потерях энергии и воды и минимальных капитальных затратах. The objective of the invention is to ensure reliable operation of the fuel supply system for a modern gas turbine installation that uses natural gas from low-pressure gas pipelines, for example urban, while reducing harmful emissions with minimal energy and water losses and minimal capital costs.

Поставленная задача достигается тем, что в системе топливоподачи газотурбинной установки, содержащей камеру сгорания, соединенную через эжектор с газовой магистралью, активное сопло эжектора подключено к высоконапорной паровой магистрали, а выход эжектора соединен с конденсатором-охладителем, имеющим газовый и водный выходы, причем водный выход конденсатора-охладителя через дозатор расхода воды также соединен с камерой сгорания. Кроме того, перед эжектором система топливоподачи снабжена дополнительными, установленными последовательно по меньшей мере одним эжектором и одним конденсатором-охладителем, причем активное сопло дополнительного эжектора подключено к высоконапорной паровой магистрали, а газовый выход дополнительного конденсатора-охладителя соединен со входом эжектора, расположенного за ним. The problem is achieved in that in the fuel supply system of a gas turbine installation containing a combustion chamber connected through an ejector to a gas line, the active nozzle of the ejector is connected to a high-pressure steam line, and the ejector output is connected to a condenser-cooler having gas and water outlets, with a water outlet a condenser-cooler through a water flow meter is also connected to the combustion chamber. In addition, in front of the ejector, the fuel supply system is equipped with additional at least one ejector and one condenser-cooler installed in series, the active nozzle of the additional ejector connected to a high-pressure steam line, and the gas outlet of the additional condenser-cooler connected to the input of the ejector located behind it.

Новым здесь является то, что активное сопло эжектора подключено к высоконапорной паровой магистрали, а выход эжектора соединен с конденсатором-охладителем, имеющим газовый и водный выходы, причем водный выход конденсатора-охладителя через дозатор расхода воды также соединен с камерой сгорания. Кроме того, перед эжектором система снабжена дополнительными, установленными последовательно по меньшей мере одним эжектором и одним конденсатором-охладителем, причем активное сопло дополнительного эжектора подключено к высоконапорной паровой магистрали, а газовый выход дополнительного конденсатора-охладителя соединен с входом эжектора, расположенного за ним. What is new here is that the active nozzle of the ejector is connected to a high-pressure steam line, and the outlet of the ejector is connected to a condenser-cooler having gas and water outlets, and the water outlet of the condenser-cooler through a water flow meter is also connected to the combustion chamber. In addition, in front of the ejector, the system is equipped with additional at least one ejector and one condenser-cooler installed in series, with the active nozzle of the additional ejector connected to the high-pressure steam line, and the gas outlet of the additional condenser-cooler is connected to the input of the ejector located behind it.

Подключение активного сопла эжектора к высоконапорной паровой магистрали, а выхода эжектора - к конденсатору-охладителю, имеющему газовый и водный выходы, позволяет повысить давление газа на входе в камеру сгорания газотурбинной установки до оптимального для нее значения. The connection of the active nozzle of the ejector to the high-pressure steam line, and the output of the ejector to the condenser-cooler having gas and water outlets, makes it possible to increase the gas pressure at the inlet to the combustion chamber of the gas turbine installation to the optimum value for it.

Соединение водного выхода конденсатора-охладителя через дозатор расхода воды с камерой сгорания газотурбинной установки позволяет одну часть воды направить потребителю или в паровой котел для повторного использования, а другую, отдозированную, - в камеру сгорания. Подача воды в первичную зону камеры сгорания позволяет максимально снизить образование окислов азота в продуктах сгорания камеры. Причем надо иметь в виду, что расход воды требуется меньшим, чем при подаче в камеру сгорания пара, что в свою очередь ведет к сохранению оптимального процесса горения. Кроме того, ввиду значительно большей плотности воды по сравнению с паром и топливным газом объемный расход ее при требуемом массовом расходе незначителен, так что предлагаемая система подачи топлива позволяет сохранить существующие элементы топливной системы, то есть доработки существующей системы будут минимальными. The connection of the water outlet of the condenser-cooler through the water flow meter with the combustion chamber of the gas turbine unit allows one part of the water to be sent to the consumer or to the steam boiler for reuse, and the other metered dose to the combustion chamber. The supply of water to the primary zone of the combustion chamber allows to minimize the formation of nitrogen oxides in the combustion products of the chamber. Moreover, it should be borne in mind that water consumption is required less than when steam is supplied to the combustion chamber, which in turn leads to the preservation of the optimal combustion process. In addition, due to the significantly higher density of water compared to steam and fuel gas, its volumetric flow rate at the required mass flow rate is insignificant, so the proposed fuel supply system allows you to save existing elements of the fuel system, that is, modifications to the existing system will be minimal.

При этом надо иметь в виду, что все параметры воды, поступающей в камеру сгорания, а именно температура, давление, точно такие же как и у газа, подаваемого в ту же камеру, так как оба этих компонента забираются из одного и того же места, а именно с выхода конденсатора-охладителя. Здесь не надо никаких устройств для выравнивания указанных параметров воды и газа. Задача дозатора воды лишь в том, чтобы направить в камеру сгорания оптимальное количество воды с точки зрения экономичности и экологии, и отвести другую основную часть воды потребителю или в паровой котел, поэтому здесь возможно использование в качестве дозатора обычной дроссельной шайбы. It should be borne in mind that all the parameters of the water entering the combustion chamber, namely temperature, pressure, are exactly the same as for the gas supplied to the same chamber, since both of these components are taken from the same place, namely, from the output of the condenser-cooler. Here, no devices are needed to align the specified parameters of water and gas. The task of the water dispenser is only to send the optimum amount of water to the combustion chamber from the point of view of economy and ecology, and to divert the other main part of the water to the consumer or to the steam boiler, therefore it is possible to use a conventional throttle washer as a dispenser.

Установка перед эжектором дополнительных, размещенных последовательно эжектора и конденсатора-охладителя, у которых активное сопло дополнительного эжектора подключено к высоконапорной паровой магистрали, а газовый выход дополнительного конденсатора-охладителя соединен с входом эжектора, расположенного за ним, позволяет обеспечить надежную работу системы топливоподачи даже при минимальных, аварийных значениях давления газа на входе в систему. Здесь в дополнительной ступени обеспечивается первичное предварительное увеличение давление газа и на вход основного эжектора газ поступает с оптимальным давлением. Вода с выхода дополнительного конденсатора-охладителя полностью отводится в паровой котел для повторного использования или потребителю. Эта дополнительная ступень обычно работает при минимальном давлении газа, ниже обусловленного в технических требованиях уровня, например, в зимних условиях, когда из-за повышенного расхода газа для обеспечения теплофикации существенно падает давление газа в городской сети. В этом случае энергия пара, расходуемая для получения тепла посредством образования пара в теплофикационной системе, получает лишь промежуточное преобразование в пар высокого давления, необходимый для работы дополнительного эжектора, так что никаких дополнительных потерь энергии не происходит. Installing in front of the ejector additional sequentially placed ejector and condenser-cooler, in which the active nozzle of the additional ejector is connected to a high-pressure steam line, and the gas outlet of the additional condenser-cooler is connected to the inlet of the ejector located behind it, which ensures reliable operation of the fuel supply system even at minimum , emergency values of gas pressure at the system inlet. Here, in an additional stage, a primary preliminary increase in gas pressure is provided and gas enters the inlet of the main ejector with optimal pressure. Water from the outlet of the additional condenser-cooler is completely discharged into the steam boiler for reuse or to the consumer. This additional stage usually operates at a minimum gas pressure below the level specified in the technical requirements, for example, in winter conditions, when due to the increased gas flow rate to ensure heating, the gas pressure in the city network drops significantly. In this case, the steam energy spent to generate heat through the formation of steam in the heating system receives only an intermediate conversion into high-pressure steam, which is necessary for the operation of an additional ejector, so that no additional energy loss occurs.

На чертеже представлена система топливоподачи газотурбинной установки. The drawing shows a fuel supply system of a gas turbine installation.

Система топливоподачи содержит соединенные между собой топливные форсунки 1 камеры сгорания 2, регулятор подачи топлива 3, конденсатор-охладитель 4, эжектор 5, дополнительный конденсатор-охладитель 6 и дополнительный эжектор 7, подсоединенный своим пассивным соплом 8 к газовой питающей магистрали 9. Активное сопло 10 эжектора 5 и активное сопло 11 дополнительного эжектора 7 параллельно подсоединены к высоконапорной паровой магистрали 12. У конденсатора-охладителя 4, имеющего газовый 13 и водяной 14 выходы, водяной выход 14 через дозатор подачи воды 15 также соединен с форсунками подачи воды 16 камеры сгорания 2 и со входом в паровой котел 17. У дополнительного конденсатора-охладителя 6, имеющего газовый 18 и водяной 19 выходы, водяной выход 19 соединен со входом в паровой котел 17. На входе в паровой котел 17 установлен блок водоочистки 20. The fuel supply system comprises interconnected fuel nozzles 1 of the combustion chamber 2, a fuel supply regulator 3, a condenser-cooler 4, an ejector 5, an additional condenser-cooler 6 and an additional ejector 7 connected by its passive nozzle 8 to the gas supply line 9. Active nozzle 10 the ejector 5 and the active nozzle 11 of the additional ejector 7 are connected in parallel to the high-pressure steam line 12. At the condenser-cooler 4 having gas 13 and water 14 outlets, the water outlet 14 is through a water supply batcher 15 is also connected to the water supply nozzles 16 of the combustion chamber 2 and to the entrance to the steam boiler 17. At the additional condenser-cooler 6 having gas 18 and water 19 outlets, the water outlet 19 is connected to the entrance to the steam boiler 17. At the entrance to the steam boiler 17, a water treatment unit 20 is installed.

Система работает следующим образом. Газ из магистрали 9 под низким давлением поступает в пассивное сопло 8 дополнительного эжектора 7, где, смешиваясь с водяным паром, подаваемым в активное сопло 11 из высоконапорной паровой магистрали 12, повышает свое давление на выходе. Эта парогазовая смесь поступает в дополнительный конденсатор-охладитель 6, где разделяется на газовую и водяную составляющую. Водяная составляющая через выход 19 и блок водоочистки 20 поступает на вход в паровой котел 17. Газ же через выход 18 поступает на вход эжектора 5, где, смешиваясь с водяным паром, подаваемым в активное сопло 10 из высоконапорной паровой магистрали 12, повышает свое давление на выходе. Эта парогазовая смесь поступает в конденсатор-охладитель 4, где разделяется на газовую и водяную составляющие. Водяная составляющая через выход 14 поступает в дозатор подачи воды 15, где часть ее проходит на форсунки подачи воды 16, а большая часть через блок водоочистки 20 - на вход в паровой котел 17. Газ же через выход 13 поступает на регулятор подачи топлива 3 и далее на топливные форсунки 1 камеры сгорания 2. Регулятор подачи топлива 3 и дозатор подачи воды 15 поддерживают в камере сгорания 2 требуемый режим, обеспечивающий надежную работу газотурбинной установки как с точки зрения получения удельных заданных параметров, так и с точки зрения экологии. The system operates as follows. Gas from the line 9 under low pressure enters the passive nozzle 8 of the additional ejector 7, where, mixing with water vapor supplied to the active nozzle 11 from the high-pressure steam line 12, it increases its outlet pressure. This vapor-gas mixture enters an additional condenser-cooler 6, where it is divided into a gas and water component. The water component through the outlet 19 and the water treatment unit 20 enters the inlet to the steam boiler 17. The gas through the outlet 18 enters the inlet of the ejector 5, where, mixing with water vapor supplied to the active nozzle 10 from the high-pressure steam line 12, it increases its pressure by output. This vapor-gas mixture enters the condenser-cooler 4, where it is divided into gas and water components. The water component through the outlet 14 enters the water metering unit 15, where part of it passes to the water nozzles 16, and most through the water purification unit 20 to the entrance to the steam boiler 17. Gas through the outlet 13 enters the fuel supply regulator 3 and then to the fuel nozzles 1 of the combustion chamber 2. The fuel supply regulator 3 and the water metering device 15 support the required mode in the combustion chamber 2, which ensures reliable operation of the gas turbine installation both from the point of view of obtaining specific predetermined parameters and from the point of view of ecology.

Claims

1. The fuel supply system of a gas turbine installation, comprising a combustion chamber connected through an ejector to a gas line, characterized in that the active nozzle of the ejector is connected to a high-pressure steam line, and the outlet of the ejector is connected to a condenser-cooler having gas and water outputs, and the water output of the condenser - cooler through a water flow meter is also connected to the combustion chamber.

2. The system according to claim 1, characterized in that in front of the ejector it is equipped with additional at least one ejector and one condenser-cooler installed in series, the active nozzle of the additional ejector connected to a high-pressure steam line, and the gas outlet of the additional condenser-cooler connected to the entrance of the ejector located behind it.