RU2123608C1

RU2123608C1 - Gas-turbine power plant

Info

Publication number: RU2123608C1
Application number: RU98109446A
Authority: RU
Inventors: А.Г. Ананенков; З.С. Салихов; Г.П. Ставкин; Н.Я. Романов; В.А. Кукаренко; С.Р. Саркисов; А.П. Шумаев; В.А. Яковлев
Original assignee: Предприятие по добыче газа "Ямбурггаздобыча"; Машиностроительное конструкторское бюро "Гранит"
Priority date: 1998-05-26
Filing date: 1998-05-26
Publication date: 1998-12-20

Abstract

FIELD: heat power industry. SUBSTANCE: gas-turbine power plant includes compressor, fuel combustion chamber and gas turbine. Stepped gas turbine is fitted with drives for compressor and electric generator. Gas-turbine power plant is additionally equipped with water tubular waste-heat boiler connected to outlet of turbine via pipe-line with outlet of hot exhaust gases out of turbine of electric generator. Compressor is provided with 1-14 guiding devices mounted for turning at angle of 5-55 deg and fitted with drives of their turn in agreement with specified law by means of control system. EFFECT: enhanced operational reliability and efficiency of gas-turbine power plant. 2 cl, 1 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к теплоэнергетике, в частности к газотурбинным силовым установкам, и может найти свое применение в газовой промышленности при создании теплоэлектростанций. The invention relates to a power system, in particular to gas turbine power plants, and can find its application in the gas industry when creating thermal power plants.

Известна газотурбинная установка, работающая на газообразном топливе, в виде самостоятельного агрегата или представляющая собой часть энергетической установки с паровыми турбинами, содержащая камеру сгорания, по меньшей мере один подключенный к ней топливный компрессор и по меньшей мере один газоохладитель с замкнутой системой циркуляции охлаждающего агента, включенный цикл утилизации тепла, в которой топливный компрессор выполнен в виде пароструйного аппарата, а каждый газоохладитель - в виде установленного за пароструйным аппаратом конденсатора пара, имеющие раздельные патрубки для выхода парогазовой смеси и слива конденсата в отводную линию, включенную в цикл утилизации тепла газотурбинной установки или энергетической установки с паровыми турбинами (патент РФ N 2095600, кл. F 02 C 3/30, 1997). Known gas turbine operating on gaseous fuel, in the form of an independent unit or as part of a power plant with steam turbines, containing a combustion chamber, at least one connected fuel compressor and at least one gas cooler with a closed cooling agent circulation system, included heat recovery cycle, in which the fuel compressor is made in the form of a steam jet apparatus, and each gas cooler - in the form installed behind the steam jet apparatus ohms of a steam condenser having separate nozzles for the outlet of the gas-vapor mixture and condensate drainage into the discharge line included in the heat recovery cycle of the gas turbine unit or power plant with steam turbines (RF patent N 2095600, class F 02 C 3/30, 1997).

Данное устройство для повышения мощности газотурбинной установки громоздко и допускает потери тепловой энергии. This device to increase the power of a gas turbine installation is bulky and allows for the loss of thermal energy.

Наиболее близкой к предлагаемому изобретению по техническому результату является газотурбинная силовая установка, состоящая из компрессора, камеры сгорания и газовой турбины, снабженная системой впрыска воды в воздух между компрессором и камерой сгорания, системой ввода водяного пара в камеру сгорания, в которой температура продуктов сгорания топлива в камере сгорания и после камеры сгорания снижается до турбины в пределах от температуры пламени в камере до температуры точки росы включительно при выбранном давлении парогазовой смеси перед турбиной путем впрыска воды, распыленной распылителями, в газы - продукты сгорания топлива; а мощность компрессора равна объему воздуха, необходимому для сгорания топлива с коэффициентом избытка 1,05 - 1,2 (РФ N 94022027, кл. F 02 C 3/30, 1996). Closest to the proposed invention, the technical result is a gas turbine power plant, consisting of a compressor, a combustion chamber and a gas turbine, equipped with a water-air injection system between the compressor and the combustion chamber, a system for introducing water vapor into the combustion chamber, in which the temperature of the products of fuel combustion in the combustion chamber and after the combustion chamber decreases to the turbine in the range from the flame temperature in the chamber to the temperature of the dew point inclusive at a selected vapor-gas mixture pressure the turbine by injecting water spray nozzles in gases - products of combustion; and the compressor power is equal to the volume of air required for fuel combustion with an excess ratio of 1.05 - 1.2 (RF N 94022027, class F 02 C 3/30, 1996).

Основным недостатком вышеописанной установки является недостаточно высокая надежность при работе в климатических условиях с большим сезонным колебанием температур. The main disadvantage of the above installation is the lack of reliability when working in climatic conditions with large seasonal temperature fluctuations.

Задачей изобретения является повышение надежности работы газотурбинной силовой установки в качестве автономной электростанции в климатических условиях с большим сезонным колебанием температур. The objective of the invention is to increase the reliability of a gas turbine power plant as an autonomous power plant in climatic conditions with large seasonal temperature fluctuations.

Поставленная задача решается газотурбинной силовой установкой, состоящей из компрессора, камеры сгорания топлива и газовой турбины, которая дополнительно оборудована водяным трубчатым котлом-утилизатором, подсоединенным через трубопровод к выходу турбины, при этом компрессор снабжен 1 - 14 направляющими аппаратами, выполненными с возможностью поворота под углом 5 - 55^o. При этом газовая турбина выполнена ступенчатой и снабжена приводами для компрессора и электрогенератора.The problem is solved by a gas turbine power plant, consisting of a compressor, a fuel combustion chamber and a gas turbine, which is additionally equipped with a water tubular recovery boiler connected through a pipeline to the turbine outlet, while the compressor is equipped with 1 to 14 guide vanes, which can be rotated at an angle 5 - 55 ^o . In this case, the gas turbine is made stepwise and is equipped with drives for the compressor and electric generator.

Кроме того, котел-утилизатор соединен через трубопровод с выходом горячих выхлопных газов из турбины генератора. In addition, the recovery boiler is connected via a pipeline to the outlet of the hot exhaust gases from the generator turbine.

Направляющие аппараты компрессора оборудованы приводом для их поворота в соответствии с заданным законом через систему управления. The compressor guide vanes are equipped with a drive for turning them in accordance with a given law through a control system.

Предлагаемая газотурбинная силовая установка является автономной газотурбинной электростанцией с комбинированной выработкой электрической и тепловой энергии. The proposed gas turbine power plant is an autonomous gas turbine power plant with combined generation of electric and thermal energy.

В расчетном режиме при температуре 15^oC электрическая мощность составляет 20 МВт, тепловая - 29 МВт (25 Гкал/ч). Наиболее эффективной является работа установки в качестве источника электрической и тепловой энергии в системе теплоснабжения совместно с котельными с целью их замещения и экономии топлива.In the calculation mode, at a temperature of 15 ^o C, the electric power is 20 MW, thermal - 29 MW (25 Gcal / h). The most effective is the operation of the installation as a source of electric and thermal energy in the heat supply system in conjunction with boiler houses in order to replace them and save fuel.

Для газотурбинной силовой установки характерна зависимость располагаемой для отпуска энергией от окружающей температуры. A gas turbine power plant is characterized by a dependence of the energy available for tempering on the ambient temperature.

По мере снижения температуры наружного воздуха до минус 10 - 15^oC и связанного с этим роста нагрузок происходит увеличение электрической мощности установки на 11,8% и тепловой на 2% по сравнению с расчетным режимом.As the temperature of the outside air drops to minus 10 - 15 ^o C and the associated increase in loads, the electric capacity of the installation increases by 11.8% and thermal by 2% compared with the calculated mode.

При температуре окружающего воздуха до минус 40^oC электрическая мощность установки составляет 27 МВт, а тепловая - 27 Гкал/ч).At an ambient temperature of minus 40 ^o C, the electric power of the installation is 27 MW, and the thermal power is 27 Gcal / h).

Основные технические данные газотурбинной силовой установки представлены в таблице. The main technical data of the gas turbine power plant are presented in the table.

Время пуска из холодного состояния до принятия нагрузки не превышает 15 мин, из горячего состояния - не более 5 мин, повторный пуск обеспечивается через любое время после предыдущей остановки. The start-up time from the cold state before the load is taken does not exceed 15 minutes, from the hot state - no more than 5 minutes, a restart is provided at any time after the previous stop.

Газотурбинная силовая установка состоит из четырнадцатиступенчатого осевого компрессора 1, входной и выходной групп направляющих аппаратов, снабженного 14 направляющими аппаратами, выполненными с возможностью поворота на 5-55^o и имеющими привод для регулирования угла поворота. Компрессор 1 оборудован приспособлением для отбора воздуха от V и VII ступеней на нужды силовой турбины.The gas turbine power plant consists of a fourteen-stage axial compressor 1, input and output groups of guide vanes, equipped with 14 guide vanes, rotatable by 5-55 ^° and having a drive for adjusting the angle of rotation. The compressor 1 is equipped with a device for taking air from the V and VII stages for the needs of a power turbine.

Камеры сгорания топлива (природного газа) 2 оборудованы 12 жаровыми трубами и газовыми форсунками с общим объединяющим газовым коллектором. Combustion chambers of fuel (natural gas) 2 are equipped with 12 flame tubes and gas nozzles with a common unifying gas collector.

Трехступенчатая газовая турбина 3 имеет приводы для компрессора 1 и электрогенератора 4. Компрессор 1, камера сгорания 2 и газовая турбина 3 объединены в едином корпусе 5, установленном на собственной раме 6 с возможностью передвижения. The three-stage gas turbine 3 has drives for the compressor 1 and the electric generator 4. The compressor 1, the combustion chamber 2 and the gas turbine 3 are combined in a single housing 5 mounted on its own frame 6 with the possibility of movement.

Электрогенератор 4 выполнен в виде отдельного модуля и оборудован переходником 7 с фланцевым креплением, соединяющим его с приводом газовой турбины 3, имеет отдельную технологическую раму 8, оборудованную приспособлением 9 для передвижения, а также фланцевое крепление 10, соединяющее электрогенератор 4 с входным устройством. The generator 4 is made in the form of a separate module and is equipped with an adapter 7 with a flange mount connecting it to the drive of the gas turbine 3, has a separate technological frame 8, equipped with a device 9 for movement, as well as a flange mount 10 connecting the generator 4 with the input device.

Электрогенератор 4 представляет собой электрическую машину, соединенную с трехступенчатой осевой турбиной, предназначенной для преобразования энергии газового потока в механическую для вращения ротора электрогенератора посредством рессоры, являющейся отдельным модулем. The generator 4 is an electric machine connected to a three-stage axial turbine designed to convert the gas flow energy into mechanical energy for rotation of the generator rotor by means of a spring, which is a separate module.

Выходное (выхлопное) устройство выполнено в виде сварного патрубка, монтируется на отдельной раме и служит для отвода отработанных газов через газоотвод в паровой котел-утилизатор 11 секционного типа. В межтрубное пространство змеевика котла-утилизатора подаются горячие выхлопные газы, а в трубное пространство - вода с последующим съемом тепловой энергии и подачей охлажденных газов в шахту выхлопа. The output (exhaust) device is made in the form of a welded pipe, mounted on a separate frame and serves to exhaust the exhaust gases through a gas outlet into a sectional type steam boiler-utilizer 11. Hot exhaust gases are fed into the annulus of the coil of the recovery boiler, and water is supplied into the tube space, followed by the removal of thermal energy and the supply of cooled gases to the exhaust shaft.

Газотурбинная силовая установка работает следующим образом. Gas turbine power plant operates as follows.

Атмосферный воздух поступает в компрессор 1, где он сжимается до 15 атм, после чего он подается в камеру сгорания топлива 2. Образовавшаяся газовая смесь поступает в газовую турбину 3 компрессора, а затем в силовую турбину привода генератора 4. Отходящие газы поступают в котел-утилизатор 11, где происходит съем тепла через пароводяную смесь с последующей подачей охлажденных газов в шахту выхлопа. Atmospheric air enters the compressor 1, where it is compressed to 15 atm, after which it is supplied to the fuel combustion chamber 2. The resulting gas mixture enters the gas turbine 3 of the compressor, and then into the power turbine of the generator drive 4. The exhaust gases enter the waste heat boiler 11, where heat is removed through a steam-water mixture with the subsequent supply of chilled gases to the exhaust shaft.

Технический результат, получаемый от использования газотурбинной силовой установки, состоит в повышении надежности и эффективности ее работы при большом перепаде температур наружного воздуха в условиях Крайнего Севера. The technical result obtained from the use of a gas turbine power plant is to increase the reliability and efficiency of its operation with a large difference in outdoor temperatures in the Far North.

Это обусловлено тем, что поворот направляющих аппаратов компрессора по соответствующему закону позволяет сбалансировать тепловые нагрузки в большом диапазоне перепада температур. This is due to the fact that the rotation of the compressor guide vanes in accordance with the relevant law makes it possible to balance thermal loads in a wide range of temperature differences.

Claims

1. Gas turbine power plant, consisting of a compressor, a combustion chamber of a fuel and a gas turbine, characterized in that the gas turbine is made stepwise and is equipped with drives for the compressor and the generator, the installation is additionally equipped with a water tubular recovery boiler connected to the turbine outlet, and the compressor is equipped with 1 to 14 guide devices, made with the possibility of rotation at an angle of 5 - 55 ^o .

2. Installation according to claim 1, characterized in that the waste heat boiler is connected via a pipeline to the outlet of the hot exhaust gases from the generator’s turbine.

3. Installation according to paragraphs. 1 and 2, characterized in that 1 to 14 of the compressor guide vanes are equipped with a drive for turning them in accordance with a given law through a control system.