RU2123609C1

RU2123609C1 - Process of generation of heat and electric energy

Info

Publication number: RU2123609C1
Application number: RU98109496A
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, specifically, generation of heat and electric energy in gas-turbine power plants. SUBSTANCE: process of generation of heat and electric energy includes supply of natural gas and air into combustion chamber with the use of compressor set in motion by turbine and pick-up of electric energy from drive of power turbine. Mixture of exhaust gases discharged from power turbine goes to intertube space of waste-heat boiler with subsequent removal of generated heat by means of water. Temperature of steam-and water mixture downstream of waste-heat boiler is kept constant and equal to 80-150 C by way of turning of guiding devices of compressor. EFFECT: enhanced reliability and efficiency of operation of gas-turbine power plant. 1 tbl

Description

Изобретение относится к теплоэнергетике, в частности к комбинированным процессам получения тепловой и электрической энергии в газотурбинных силовых установках, и может найти применение в газовой промышленности при создании передвижных тепло- и электростанций. The invention relates to a power system, in particular, to combined processes for producing thermal and electric energy in gas turbine power plants, and may find application in the gas industry when creating mobile heat and power plants.

Известна газотурбинная силовая установка, состоящая из компрессора, камеры сгорания топлива и газовой турбины, оборудованной электрогенератором. Газотурбинная установка предусматривает комбинированное получение тепловой и электрической энергии, включающее подачу в камеру сгорания природного газа при помощи компрессора, приводимого во вращение турбиной, и снятие электрической энергии с привода силовой турбины (заявка РФ N 94022027 A1, кл. F 02 C 3/30, опубл. 1996)
Основным недостатком этого способа является недостаточный ресурс его работы при климатических условиях с большим сезонным колебанием температур.Known gas turbine power plant, consisting of a compressor, a combustion chamber and a gas turbine equipped with an electric generator. A gas turbine installation provides for the combined production of heat and electric energy, including supplying natural gas to the combustion chamber using a compressor driven by a turbine and removing electric energy from the power turbine drive (RF application N 94022027 A1, class F 02 C 3/30, publ. 1996)
The main disadvantage of this method is the insufficient resource of its work under climatic conditions with large seasonal temperature fluctuations.

Известен способ получения тепловой и электрической энергии, включающий подачу в камеру сгорания природного газа и воздуха при помощи компрессора, приводимого во вращение турбиной, подачу отходящей от силовой турбины смеси выхлопных газов в межтрубное пространство котла-утилизатора с последующим отводом полученного тепла водой, поддержание температуры пароводяной смеси после котла-утилизатора постоянно равной 80-150^oC и снятие электрической энергии с привода силовой турбины (патент РФ N 2013616 C1, кл. F 02 C 6/00, опубл. 1994)
Основным недостатком способа также является недостаточный ресурс его работы при климатических условиях с большим сезонным колебанием температур.A known method of producing thermal and electric energy, including supplying natural gas and air to a combustion chamber using a compressor driven by a turbine, supplying a mixture of exhaust gases exhausting from a power turbine to the annular space of the recovery boiler, followed by removal of the received heat with water, maintaining a steam-water temperature the mixture after the recovery boiler is constantly equal to 80-150 ^o C and the removal of electrical energy from the drive of the power turbine (RF patent N 2013616 C1, CL F 02 C 6/00, publ. 1994)
The main disadvantage of this method is the insufficient resource of its work under climatic conditions with large seasonal temperature fluctuations.

Это возникает из невозможности быстрого увеличения выхода тепловой энергии для компенсации перепада температур. This arises from the inability to quickly increase the yield of thermal energy to compensate for the temperature difference.

Техническим результатом, достигаемым при использовании предлагаемого способа, является повышение надежности способа при работе в климатических условиях с большим сезонным колебанием температур. The technical result achieved by using the proposed method is to increase the reliability of the method when working in climatic conditions with large seasonal temperature fluctuations.

Вышеуказанный технический результат достигается способом получения тепловой и электрической энергии в газотурбинной силовой установке, включающим подачу в камеру сгорания природного газа и воздуха при помощи компрессора, приводимого во вращение турбиной, и снятие электрической энергии с привода силовой турбины, в котором отходящая от силовой турбины смесь выхлопных газов поступает в межтрубное пространство котла-утилизатора с последующим отводом полученного тепла водой, при этом температуру пароводяной смеси после котла-утилизатора поддерживают равной 80-150^oC.The above technical result is achieved by a method of generating thermal and electric energy in a gas turbine power plant, including supplying natural gas and air to the combustion chamber using a compressor driven by a turbine, and removing electric energy from the power turbine drive, in which the exhaust mixture is exhausted from the power turbine gases enters the annulus of the waste heat boiler with the subsequent removal of the received heat with water, while the temperature of the steam-water mixture after the waste heat boiler and maintained at 80-150 ^o C.

При этом температуру пароводяной смеси после котла-утилизатора поддерживают равной 80-150^oC путем поворота направляющих аппаратов компрессора.The temperature of the steam-water mixture after the recovery boiler is maintained equal to 80-150 ^o C by turning the guide vanes of the compressor.

Предлагаемый комбинированный способ получения тепловой и электрической энергии реализуется в передвижной газотурбинной электростанции, вырабатывающей одновременно тепловую и электрическую энергию. The proposed combined method of producing thermal and electrical energy is implemented in a mobile gas turbine power plant that produces both thermal and electrical energy.

При осуществлении способа по мере снижения температуры наружного воздуха до минимум 10-15^oC и связанного с этим роста нагрузок происходит увеличение вырабатываемой электрической мощности на 11,8% и тепловой - на 2% по сравнению с расчетным режимом.When implementing the method, as the outdoor temperature decreases to a minimum of 10-15 ^o C and the associated increase in loads, the generated electric power increases by 11.8% and thermal - by 2% compared to the calculated mode.

При понижении температуры окружающего воздуха до минус 40^oC происходит увеличение вырабатываемой электрической мощности на 25%, а тепловой - на 2%.When lowering the ambient temperature to minus 40 ^o C there is an increase in the generated electric power by 25%, and thermal - by 2%.

Основные технические параметры способа представлены в таблице. The main technical parameters of the method are presented in the table.

Подача отходящих от силовой турбины смеси выхлопных газов в межтрубное пространство котла-утилизатора позволяет обеспечить съем тепла через пароводяную смесь. The supply of a mixture of exhaust gases emanating from the power turbine into the annulus of the recovery boiler allows heat to be removed through the steam-water mixture.

Постоянное поддержание температуры пароводяной смеси после котла-утилизатора на уровне 80-150^oC обусловлено возможностью поворота направляющих аппаратов компрессора на угол 5-55^o по определенной закономерности и обеспечивает компенсацию тепловых нагрузок в большом диапазоне перепада температур внешней среды.The constant maintenance of the temperature of the steam-water mixture after the waste heat boiler at a level of 80-150 ^o C is due to the possibility of rotation of the compressor guide vanes at an angle of 5-55 ^o according to a certain regularity and provides compensation for thermal loads in a wide range of ambient temperature differences.

Способ реализуется следующим образом. The method is implemented as follows.

Пример. Исходный атмосферный воздух с расходом около 100 кг/с поступает на всас компрессора, приводимого во вращение газовой турбиной. В компрессоре воздух сжимается до 15 атм и подается в камеру сгорания вместе с топливом - природным газом, подаваемым с расходом порядка 1,5% от расхода воздуха. Example. Initial atmospheric air with a flow rate of about 100 kg / s enters the compressor inlet, driven by a gas turbine. In the compressor, the air is compressed to 15 atm and fed into the combustion chamber together with the fuel - natural gas supplied with a flow rate of about 1.5% of the air flow rate.

Образовавшаяся в результате горения газовая смесь с температурой порядка 1000^oC проходит последовательно через газовую турбину генератора, где происходит частичное срабатывание тепла и получение электрической энергии. Затем газовая смесь с температурой около 450^oС поступает в межтрубное пространство котла-утилизатора, в трубное пространство которого подается вода. Происходит отвод тепла от газа к воде с охлаждением выхлопных газов и нагреванием пароводяной смеси до температуры около 100^oC.The resulting gas mixture with a temperature of the order of 1000 ^o C passes sequentially through the gas turbine of the generator, where there is a partial actuation of heat and receipt of electrical energy. Then the gas mixture with a temperature of about 450 ^o C enters the annulus of the waste heat boiler, into the tube space of which water is supplied. There is heat removal from gas to water with cooling the exhaust gases and heating the steam-water mixture to a temperature of about 100 ^o C.

Вышеуказанная температура пароводяной смеси на выходе постоянно поддерживают за счет поворота направляющих аппаратов компрессора на угол 30±5^o.The above temperature of the steam-water mixture at the outlet is constantly maintained by turning the compressor guide vanes at an angle of 30 ± 5 ^° .

Технический результат, получаемый в процессе получения тепловой и электрической энергии в газотурбинных силовых установках, состоит в повышении надежности и эффективности ее работы при большом перепаде температур наружного воздуха в условиях крайнего Севера. The technical result obtained in the process of obtaining thermal and electric energy in gas turbine power plants 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

A method of producing heat and electric energy, including supplying natural gas and air to a combustion chamber using a compressor driven by a turbine, supplying an exhaust gas mixture exhausting from a power turbine into the annular space of the recovery boiler, and then removing the heat received by water, maintaining the temperature of the steam-water mixture after the recovery boiler, constantly equal to 80 - 150 ^o C, and the removal of electrical energy from the drive of the power turbine, characterized in that maintaining the temperature of the steam-water mixture after le waste heat boiler is constantly equal to 80 - 150 ^o C is carried out by turning the guide vanes of the compressor.