RU2123610C1 - Process increasing energy produced by gas turbine - Google Patents
Process increasing energy produced by gas turbine Download PDFInfo
- Publication number
- RU2123610C1 RU2123610C1 RU93050170A RU93050170A RU2123610C1 RU 2123610 C1 RU2123610 C1 RU 2123610C1 RU 93050170 A RU93050170 A RU 93050170A RU 93050170 A RU93050170 A RU 93050170A RU 2123610 C1 RU2123610 C1 RU 2123610C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- air
- temperature
- cooling
- compressor
- main compressor
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
- F02C9/00—Controlling gas-turbine plants; Controlling fuel supply in air- breathing jet-propulsion plants
Abstract
Description
Настоящее изобретение относится к способу и устройству для увеличения энергии, производимой газовыми турбинами, в частности касается способа и устройства для увеличения энергии, вырабатываемой газовыми турбинами на наземных электростанциях с комбинированным циклом. The present invention relates to a method and apparatus for increasing the energy produced by gas turbines, in particular, to a method and apparatus for increasing the energy produced by gas turbines in combined cycle ground power plants.
Энергетическая установка с комбинированным циклом представляет собой установку, в которой отработанные газы, образующиеся в газовой турбине, используют для работы парового котла, который производит пар, подаваемый в паровую турбину. Энергия, вырабатываемая такой энергетической установкой с комбинированным циклом, представляет собой сумму мощностей генераторов, приводимых соответствующими турбинами. Обычно для увеличения работы, производимой газовой турбиной, уменьшают температуру и увеличивают давление на входе в турбину. В трудах Американского общества инженеров-механиков N 65-GTP-8 (1965) Фостер-Пегг Р.У. описывает способ наддува газовой турбины (т.е. увеличение давления на входе) для увеличения выходной мощности турбины. Вредный эффект на выходную мощность газовой турбины в результате повышения температуры воздуха во время работы вентилятора компенсируется за счет разбрызгивания воды в воздух, оставляющий вентилятор, и до подачи воздуха в турбину для охлаждения этого воздуха. Регулирование температуры и влажности окружающего воздуха согласно этому способу оказывает эффект на увеличение выходной мощности турбины. A combined cycle power plant is a plant in which the exhaust gases generated in a gas turbine are used to operate a steam boiler that produces steam supplied to a steam turbine. The energy generated by such a combined cycle power plant is the sum of the capacities of the generators driven by the respective turbines. Typically, to increase the work performed by a gas turbine, the temperature is reduced and the pressure at the inlet of the turbine is increased. In the works of the American Society of Mechanical Engineers N 65-GTP-8 (1965) Foster-Pegg R.U. describes a method of boosting a gas turbine (i.e., increasing the inlet pressure) to increase the output power of the turbine. The harmful effect on the output power of a gas turbine as a result of an increase in air temperature during fan operation is compensated by spraying water into the air leaving the fan, and before the air is supplied to the turbine to cool this air. The regulation of temperature and humidity of the ambient air according to this method has an effect on increasing the output power of the turbine.
Этот способ не показал себя эффективным в условиях высоких температур и влажности. This method has not proved to be effective in conditions of high temperatures and humidity.
Кроме того, газовые турбины производят уменьшенную работу при высоких температурах окружающей среды из-за снижения потока массы воздуха через систему. Такие высокие температуры в комбинированном цикле, использывающем паровую турбину, работающую за счет пара, производимого отработанными газами из турбины, также приводят к уменьшению потока массы отработанных газов, в результате снижается работа, производимая паровой турбиной. Даже в этом случае эффект на работу паровой турбины будет только частично компенсироваться в условиях высоких температур, если применяют водоохлаждаемые конденсаторы, из-за повышенной температуры отработанных газов. В таком случае работа, производимая паровой турбиной, снижается из-за низкого потока массы газов, оставляющих турбину, восстанавливается до некоторой степени благодаря высокой температуре газов, но затем снова уменьшается из-за высокого давления конденсации в воздухоохлаждаемом конденсаторе. In addition, gas turbines produce reduced operation at high ambient temperatures due to reduced air mass flow through the system. Such high temperatures in a combined cycle using a steam turbine operating from the steam produced by the exhaust gases from the turbine also lead to a decrease in the mass flow of exhaust gases, resulting in a decrease in the work produced by the steam turbine. Even in this case, the effect on the operation of the steam turbine will only be partially compensated for at high temperatures, if water-cooled condensers are used, due to the increased temperature of the exhaust gases. In this case, the work produced by the steam turbine decreases due to the low mass flow of the gases leaving the turbine, is restored to some extent due to the high temperature of the gases, but then decreases again due to the high condensation pressure in the air-cooled condenser.
В патенте США N 3796045 раскрыта силовая установка с газовой турбиной, в которой воздух, подаваемый в компрессор газовой турбины, сначала проходит через приводимый двигателем вентилятор, который нагнетает подаваемый воздух, и затем воздух проходит через охладитель для его резкого охлаждения, для которого можно применять обычную холодильную установку компрессорного типа. Полезная мощность, достигаемая согласно этому решению, превышает полезную мощность силовой установки с газовой турбиной без предварительного сжатия и резкого охлаждения воздуха. В другом варианте исполнения, показанном в патенте '045, предусмотрено устройство для преобразования отработанного тепла с целью использования тепла отработанных газов из газовой турбины для привода вентилятора и охладителя для резкого охлаждения. US Pat. No. 3,796,045 discloses a gas turbine propulsion system in which air supplied to a gas turbine compressor first passes through a motor-driven fan that pumps in the supplied air, and then air passes through a cooler for abrupt cooling, for which conventional compressor type refrigeration unit. The net power achieved according to this decision exceeds the net power of a power plant with a gas turbine without preliminary compression and sudden cooling of the air. In another embodiment, shown in the '045 patent, a device is provided for converting waste heat to use the heat of exhaust gases from a gas turbine to drive a fan and cooler for quenching.
В одновременно рассматриваемой заявке N 07/818123, поданной 8 января 1992 г., раскрыт охладитель для глубокого охлаждения воздуха, подаваемого в газовую турбину. Термин "глубокое охлаждение" используют в этом описании, чтобы показать, что воздух охлаждают до температуры, которая значительно ниже температуры окружающего воздуха. Точнее, термин "глубокое охлаждение" означает охлаждение воздуха до минимальной температуры, считающейся подходящей для охлаждения воздуха на входе в силовую установку с газовой турбиной типа, которую обычно применяют на электростанциях для передачи энергии в сеть электропередач. Такая температура составляет обычно примерно 45oF (10oC) для исключения образования льда на лопатках главного компрессора, приводимого газовой турбиной, с учетом перепада примерно 10oF (5oC) в статической температуре воздуха на входе в компрессор и 3oF (2oC) коэффициента безопасности.In simultaneously pending application N 07/818123, filed January 8, 1992, a cooler for deep cooling of air supplied to a gas turbine is disclosed. The term "deep cooling" is used in this description to indicate that the air is cooled to a temperature that is significantly lower than the temperature of the surrounding air. More specifically, the term "deep cooling" means cooling the air to a minimum temperature deemed suitable for cooling the air at the inlet of a power plant with a gas turbine of the type that is commonly used in power plants to transfer energy to a power grid. This temperature is usually about 45 o F (10 o C) to prevent ice formation on the blades of the main compressor driven by the gas turbine, taking into account the difference of about 10 o F (5 o C) in the static temperature of the air entering the compressor and 3 o F (2 o C) safety factor.
Глубокое охлаждение в установках, в которых отмечается высокая относительная влажность, не является эффективным с экономической точки зрения. Например, охладители для глубокого охлаждения, а также испарительные охладители не применяют во Флориде или других влажных районах на восточном побережье США, но их широко используют в районах Калифорнии с сухим климатом. Deep cooling in plants with high relative humidity is not economically efficient. For example, deep chillers and evaporative chillers are not used in Florida or other humid areas on the east coast of the United States, but they are widely used in areas of California with a dry climate.
Известен также способ увеличения энергии, вырабатываемой системой газовой турбины, заключающийся в сжатии окружающего воздуха главным компрессором, нагреве сжатого воздуха в камере сгорания с образованием горячих газов, расширяющихся далее в газовой турбине, приводящей главный компрессор и нагрузку, образовании горячих отходящих газов и предварительном сжатии окружающего воздуха выше по потоку от главного компрессора и охлаждении предварительно сжатого воздуха перед подачей его в главный компрессор (см. Атлас конструкций и схем. Газотурбинные установки, под редакцией Шубенко-Шубина Л.А. , Москва, Машиностроение, 1976, с. 151, рис. VI-I). There is also known a method of increasing the energy generated by a gas turbine system, which consists in compressing the ambient air with the main compressor, heating the compressed air in the combustion chamber with the formation of hot gases, expanding further in the gas turbine, leading the main compressor and load, the formation of hot exhaust gases and preliminary compression of the surrounding air upstream from the main compressor and cooling the pre-compressed air before feeding it to the main compressor (see Atlas of designs and schemes. Gas turbine plants, edited by Shubenko-Shubin L.A., Moscow, Mechanical Engineering, 1976, p. 151, Fig. VI-I).
Недостатком известного способа является малая эффективность во время жаркой и влажной погоды. The disadvantage of this method is its low efficiency during hot and humid weather.
Таким образом, задачей настоящего изобретения является создание нового улучшенного способа для увеличения энергии, вырабатываемой газовыми турбинами, за счет обеспечения улучшенного способа предварительного сжатия и охлаждения горячего, предварительного сжатого окружающего воздуха. Thus, it is an object of the present invention to provide a new and improved method for increasing the energy generated by gas turbines by providing an improved method for pre-compressing and cooling hot, pre-compressed ambient air.
Поставленная задача достигается за счет того, что в способе увеличения энергии, вырабатываемой системой газовой турбины, заключающемся в сжатии окружающего воздуха главным компрессором, нагреве сжатого воздуха в камере сгорания с образованием горячих газов, расширяющихся далее в газовой турбине, приводящей главный компрессор и нагрузку, образовании горячих отходящих газов и предварительном сжатии окружающего воздуха выше по потоку от главного компрессора и охлаждении предварительно сжатого воздуха перед подачей его в главный компрессор, предварительное сжатие окружающего воздуха выше по потоку от главного компрессора производят только во время жаркой влажной погоды до величины давления не более чем 115% от давления окружающего воздуха. Из горячих отходящих газов, производимых газовой турбиной, получают пар, который используют для сопутствующего генерирования или для привода паровой турбины. Температуру охлажденного предварительно сжатого воздуха поддерживают по существу независимой от окружающих условий. Так же поддерживают перепад температуры в воздухе, подаваемом охладителем косвенного охлаждения на величину незначительно больше, чем увеличение температуры, обеспечиваемое предварительным компрессором так, что температура предварительно сжатого воздуха незначительно ниже окружающей температуры для обеспечения конденсации водяного пара в предварительно сжатом воздухе, и вводят конденсат в камеру сгорания газовой турбины для контроля за окислами азота, образованными в камере сгорания. Для косвенного охлаждения предварительно сжатого воздуха используют озерную или морскую воду, или воду из градирен, или окружающий воздух. The problem is achieved due to the fact that in the method of increasing the energy generated by the gas turbine system, which consists in compressing the ambient air with the main compressor, heating the compressed air in the combustion chamber with the formation of hot gases, expanding further in the gas turbine, leading the main compressor and the load, the formation hot exhaust gas and pre-compression of ambient air upstream of the main compressor and cooling the pre-compressed air before feeding it to the main compressor quarrels, preliminary compression of the ambient air upstream of the main compressor is carried out only during hot humid weather to a pressure value of not more than 115% of the ambient air pressure. From the hot exhaust gases produced by the gas turbine, steam is obtained which is used for the associated generation or for driving a steam turbine. The temperature of the cooled pre-compressed air is maintained substantially independent of environmental conditions. The temperature difference in the air supplied by the indirect cooling cooler is also slightly higher than the temperature increase provided by the pre-compressor, so that the temperature of the pre-compressed air is slightly lower than the ambient temperature to allow condensation of water vapor in the pre-compressed air, and condensate is introduced into the chamber the combustion of a gas turbine to control nitrogen oxides formed in the combustion chamber. For indirect cooling of pre-compressed air using lake or sea water, or water from cooling towers, or ambient air.
Согласно настоящему изобретению охлаждение обеспечивает снижение температуры предварительно сжатого воздуха примерно до температуры окружающего воздуха, тогда как при испарительном и/или резком охлаждении температура воздуха уменьшается ниже температуры окружающего воздуха. Следовательно, в соответствии с настоящим изобретением сушка влажного воздуха не требуется в отличие от способов, применяющих испарительные охладители для глубокого охлаждения, где нагрузка охлаждения будет увеличиваться на коэффициент три в условиях влажности. According to the present invention, the cooling reduces the temperature of the pre-compressed air to about ambient temperature, while during evaporative and / or sudden cooling, the air temperature decreases below the ambient temperature. Therefore, in accordance with the present invention, the drying of moist air is not required, unlike methods using evaporative coolers for deep cooling, where the cooling load will increase by a factor of three under humidity conditions.
Настоящее изобретение не только улучшает коэффициент эффективности, но делает это без ущерба из-за повышенной нагрузки в условиях влажности. The present invention not only improves the efficiency coefficient, but does it without prejudice due to the increased load in wet conditions.
Когда относительная влажность высокая, охлаждение согласно настоящему изобретению будет снижать температуру воздуха до уровня, который слегка выше температуры окружающего воздуха. Иначе говоря, охлаждение будет уменьшать температуру воздуха до уровня, который слегка ниже температуры окружающей среды, если это является экономически эффективным. Однако в энергетической установке с комбинированным циклом в соответствии с изобретением необходимо учитывать результаты снижения температуры воздуха до слегка ниже температуры окружающей среды. Предпочтительно в тех местах, где относительная влажность составляет примерно 80% или выше и даже приближается к 100%, предварительно сжатый воздух может охлаждаться до температуры примерно на 5oC выше температуры окружающей среды, а в тех местах, где относительная влажность находится между 50% и 80%, предварительно сжатый воздух может охлаждаться до температуры на 10oC ниже температуры окружающей среды в зависимости от экономической эффективности систем.When the relative humidity is high, cooling according to the present invention will lower the temperature of the air to a level that is slightly higher than the temperature of the surrounding air. In other words, cooling will reduce the temperature of the air to a level that is slightly lower than the ambient temperature, if it is cost-effective. However, in a combined cycle power plant in accordance with the invention, it is necessary to take into account the results of lowering the air temperature to slightly below ambient temperature. Preferably in places where the relative humidity is about 80% or higher and even approaches 100%, the pre-compressed air can be cooled to a temperature of about 5 o C above the ambient temperature, and in places where the relative humidity is between 50% and 80%, pre-compressed air can be cooled to a temperature of 10 o C below the ambient temperature, depending on the economic efficiency of the systems.
Настоящее изобретение является также эффективным в сухих районах, где применение глубоких охладителей или испарительных охладителей невозможно с экономической точки зрения (например, в тех местах, где ограничены запасы воды или они загрязнены). Кроме того, в соответствии с настоящим изобретением работа при температурах, которые превышают температуру окружающей среды, позволяет применить менее дорогостоящие теплообменники, которые работают с использованием окружающего воздуха в качестве охлаждающей среды, а не хладагента. The present invention is also effective in dry areas where the use of deep chillers or evaporative chillers is not possible from an economic point of view (for example, in those places where water supplies are limited or contaminated). In addition, in accordance with the present invention, operation at temperatures that exceed the ambient temperature allows the use of less expensive heat exchangers that operate using ambient air as a cooling medium rather than refrigerant.
Кроме того, благодаря охлаждению воздуха до температур в соответствии с настоящим изобретением работа, производимая газовой турбиной, а также паровой турбиной в комбинированном цикле, будет увеличиваться. Что касается паровой турбины, то производимая работа будет больше, чем та работа, которая производится, когда применяют глубокое или испарительное охлаждение, поскольку будет создаваться больше тепла, так как температура отработанных газов, оставляющих газовую турбину, будет выше, чем когда газы охлаждаются с применением глубокого или испарительного охлаждения. Это происходит действительно так в условиях высокой температуры окружающей среды, поскольку интервал температур охлаждения в соответствии с настоящим изобретением приводит к увеличению температуры отходящих газов, оставляющих газовую турбину, до по существу такого же уровня, когда охлаждение не применяют. In addition, by cooling the air to temperatures in accordance with the present invention, the work produced by the gas turbine as well as the steam turbine in the combined cycle will increase. As for the steam turbine, the work done will be more than the work that is done when deep or evaporative cooling is used, because more heat will be created, since the temperature of the exhaust gases leaving the gas turbine will be higher than when the gases are cooled using deep or evaporative cooling. This is indeed the case under conditions of high ambient temperature, since the range of cooling temperatures in accordance with the present invention leads to an increase in the temperature of the exhaust gases leaving the gas turbine to substantially the same level when cooling is not used.
Также энергетическая установка с комбинированным циклом в соответствии с настоящим изобретением должна работать так, чтобы генерирование пара за счет извлечения тепла из установки происходило по существу при постоянных условиях (особенно расход объема) вопреки изменению условий окружающей среды. Это может достигаться полностью посредством регулирования уровня охлаждения охладителем так, чтобы поддерживалась по существу постоянная температура предварительно сжатого воздуха на выходе из охладителя независимо от условий окружающей среды. Такая работа позволяет оптимизировать конструкцию энергетической установки с комбинированным циклом (HRSC) до по существу единой точки так, чтобы работа энергетической установки была близкой к ее расчетному уровню при всех условиях окружающей среды. Also, a combined cycle power plant in accordance with the present invention should operate in such a way that steam generation by extracting heat from the plant occurs essentially under constant conditions (especially volume flow) despite changing environmental conditions. This can be fully achieved by adjusting the level of cooling by the cooler so that a substantially constant temperature of the pre-compressed air leaving the cooler is maintained regardless of the environmental conditions. This work allows you to optimize the design of the combined cycle power plant (HRSC) to essentially a single point so that the work of the power plant is close to its design level under all environmental conditions.
Для сравнения обычная электростанция с комбинированным циклом предназначена для работы в пределах установленных условий (включая, например, 30% колебаний в потоке массы воздуха). Следовательно, генерирование пара за счет извлечения тепла (HRSC) на обычных электростанциях с комбинированным циклом является такиv, что вероятно учитываются все условия, которые должны выполняться во время работы, в результате это оказывает влияние на размер и оптимизацию установки. Таким образом, обычные электростанции с комбинированным циклом обычно будут работать в условиях, отклоняющихся от проектной величины в течение большей части года. Если создать энергетическую установку с комбинированным циклом в соответствии с настоящим изобретением, то она будет работать при оптимальных условиях в течение всего года, в результате будет достигаться экономия на 10% капитальных затрат на проектирование и создание станции за счет уменьшения размера системы генерирования пара из извлекаемого тепла (HRSC) и дополнительная экономия за счет работы, а также повышения эффективности. For comparison, a conventional combined cycle power plant is designed to operate within specified conditions (including, for example, 30% fluctuations in the mass flow of air). Consequently, steam generation through heat recovery (HRSC) in conventional combined cycle power plants is such that it is likely that all conditions that must be met during operation are taken into account, as a result of which it affects the size and optimization of the installation. Thus, conventional combined cycle power plants will usually operate under conditions that deviate from the design value for most of the year. If you create a combined cycle power plant in accordance with the present invention, it will operate under optimal conditions throughout the year, resulting in 10% savings in capital costs for the design and construction of the plant by reducing the size of the system for generating steam from the extracted heat (HRSC) and additional cost savings from work as well as increased efficiency.
Кроме того, система газовой турбины в соответствии с настоящим изобретением должна работать по существу при постоянных условиях (особенно расход объема) вопреки изменениям условий окружающей среды, это может полностью достигаться посредством регулирования уровня охлаждения, осуществляемого охладителем так, чтобы температура предварительно сжатого воздуха на выходе из охладителя поддерживалась по существу постоянной независимо от условий окружающей среды. Такая работа позволяет системе газовой турбины работать в точке, по существу близкой к расчетным условиям, таким образом, работа электростанции будет близкой к ее проектному уровню при всех условиях окружающей среды. In addition, the gas turbine system in accordance with the present invention must operate essentially under constant conditions (especially volume flow) despite changes in environmental conditions, this can be fully achieved by adjusting the level of cooling provided by the cooler so that the temperature of the pre-compressed air leaving the cooler was maintained substantially constant regardless of environmental conditions. Such work allows the gas turbine system to operate at a point substantially close to the design conditions, thus, the operation of the power plant will be close to its design level under all environmental conditions.
Согласно другому признаку настоящего изобретения газы, оставляющие систему газовой турбины силовой установки, имеющей предварительный компрессор и охладитель, можно использовать для совместного генерирования (т.е. для образования пара для использования в качестве тепла в процессе). В таком случае согласно настоящему изобретению система работает преимущественно при постоянных условиях (особенно расход ее объема) вопреки изменению условий окружающей среды. Это полностью может достигаться посредством регулирования уровня охлаждения, осуществляемого охладителем так, чтобы температура предварительно сжатого воздуха на выходе из охладителя поддерживалась по существу постоянной независимо от условий окружающей среды. Такая работа имеет особое преимущество в системах совместного генерирования, поскольку тепло является частью промышленного процесса, требующего непрерывную работу при постоянных условиях. According to another feature of the present invention, the gases leaving a gas turbine system of a power plant having a pre-compressor and a cooler can be used to co-generate (i.e. to generate steam for use as heat in the process). In this case, according to the present invention, the system operates mainly under constant conditions (especially the consumption of its volume) in spite of changing environmental conditions. This can be fully achieved by adjusting the level of cooling provided by the cooler so that the temperature of the pre-compressed air leaving the cooler is kept substantially constant regardless of environmental conditions. Such work has a particular advantage in co-generation systems, since heat is part of an industrial process that requires continuous operation under constant conditions.
Применение охлаждения после предварительного сжатия в соответствии с настоящим изобретением является более экономически эффективным, чем охлаждение, глубокое охлаждение или испарительное охлаждение. Сравнение охлаждения после предварительного сжатия с глубоким охлаждением (с или без испарительного охлаждения), когда температура окружающей среды равна примерно 35oC, иллюстрирует этот момент. Благодаря охлаждению после предварительного сжатия температура воздуха снижается от примерно 35oC до интервала примерно 5-10oC. Система, применяющая предварительное сжатие воздуха, будет более эффективной и менее дорогостоящей.The use of pre-compression cooling in accordance with the present invention is more cost effective than cooling, deep cooling or evaporative cooling. A comparison of pre-compression cooling with deep cooling (with or without evaporative cooling) when the ambient temperature is about 35 ° C. illustrates this point. Thanks to cooling after pre-compression, the air temperature drops from about 35 ° C. to about 5-10 ° C. An air compression system will be more efficient and less expensive.
Предварительное сжатие и охлаждение в соответствии с настоящим изобретением увеличивает мощность системы примерно на 20-30%. Кроме того, выходная мощность становится нечувствительной к локальным погодным условиям. Pre-compression and cooling in accordance with the present invention increases the capacity of the system by about 20-30%. In addition, the output power becomes insensitive to local weather conditions.
Согласно дополнительному признаку настоящего изобретения предварительное сжатие можно использовать вместо нагревателя, который обычно необходим в холодную погоду. В таком случае компрессор для предварительного сжатия будет увеличивать температуру воздуха на входе в верхнюю часть главного компрессора, препятствуя тем самым образованию в нем льда. Обледенение предварительного компрессора можно исключить в соответствии с изобретением, если установить центробежное устройство для удаления капель на входе в предварительный компрессор. Либо вход в предварительный компрессор можно выполнить так, чтобы капли не оказывали значительного влияния на работу предварительного компрессора. Либо или дополнительно часть горячего предварительного сжатия воздуха может рециркулировать для нагрева воздуха, поступающего в предварительный компрессор. Такое устройство более простое, чем рециркуляция воздуха, извлеченного со ступени главного компрессора для предварительного нагрева воздуха, входящего в главный компрессор. According to an additional feature of the present invention, pre-compression can be used instead of the heater, which is usually necessary in cold weather. In this case, the compressor for preliminary compression will increase the temperature of the air entering the upper part of the main compressor, thereby preventing the formation of ice in it. The icing of the pre-compressor can be eliminated in accordance with the invention by installing a centrifugal device for removing droplets at the inlet of the pre-compressor. Or, the entrance to the pre-compressor can be performed so that the droplets do not significantly affect the operation of the pre-compressor. Either or additionally, a portion of the hot pre-compressed air can be recycled to heat the air entering the pre-compressor. Such a device is simpler than recirculating the air extracted from the main compressor stage to preheat the air entering the main compressor.
Согласно другому признаку изобретения между предварительным компрессором установлен фильтр для фильтрования воздуха из предварительного компрессора и ввода перепада давления в подаваемый воздух. Предварительный компрессор выполнен и расположен таким образом, что повышение вводимого давления, по крайней мере, больше по величине, чем перепад давления, создаваемый фильтром. Кроме того, охладитель, предусмотренный для охлаждения подаваемого воздуха путем создания перепада температур в нем, можно разместить предпочтительно вверх или вниз по течению от фильтра. According to another feature of the invention, a filter is installed between the pre-compressor to filter the air from the pre-compressor and to introduce a differential pressure into the supply air. The pre-compressor is designed and arranged in such a way that the increase in input pressure is at least greater in magnitude than the pressure drop created by the filter. In addition, a cooler provided for cooling the supply air by creating a temperature difference therein can preferably be placed upstream or downstream of the filter.
Фильтры, применяемые согласно настоящему изобретению, будут более эффективны и будут иметь продолжительный срок службы, поскольку работают при расчетной скорости потока массы и других расчетных параметрах в течение продолжительного периода времени. The filters used according to the present invention will be more efficient and will have a long service life, since they operate at the estimated mass flow rate and other design parameters for a long period of time.
К относительно умеренному перепаду давления, который создается по причине того, что фильтр расположен впереди главного компрессора газовой турбины - элемент, который абсолютно необходим в наземной установке для электростанций, подающих энергию в сеть электропередач, легко приспосабливается компрессор, подобный вентилятору, который прост в работе и обслуживании и требует только небольшого количества энергии для работы. Кроме того, относительно умеренный перепад температур, который создается при охлаждении воздуха в малом объеме, может достигаться без значительных затрат энергии. A relatively moderate pressure drop, which is created due to the fact that the filter is located in front of the main gas turbine compressor, is an element that is absolutely necessary in a ground installation for power plants supplying energy to the power grid, a compressor similar to a fan is easily adapted, which is easy to operate and maintenance and requires only a small amount of energy to work. In addition, the relatively moderate temperature difference that occurs when air is cooled in a small volume can be achieved without significant energy costs.
Воздух, оставляющий ступень предварительного сжатия, и охладитель в такой конструкции будут находиться по существу при температуре окружающего воздуха и под давлением, которое, по меньшей мере, достаточно высокое, чтобы компенсировать перепад давления в фильтре, связанном с главным компрессором газовой турбины. Общая потребность в энергии для работы может быть легко обеспечена за счет части мощности паровой турбины в энергетической установке с комбинированным циклом, реагирующей, например, на отводящие газы из газовой турбины. В результате всю систему, которая является более эффективной, чем обычная силовая установка с газовой турбиной, можно получить без значительных затрат и сложности силовой установки, а также без ее дополнительного обслуживания. The air leaving the pre-compression stage and the cooler in such a design will be substantially at ambient temperature and at a pressure that is at least high enough to compensate for the pressure drop in the filter associated with the main compressor of the gas turbine. The total energy requirement for operation can be easily provided by part of the power of a steam turbine in a combined cycle power plant that responds, for example, to exhaust gases from a gas turbine. As a result, the entire system, which is more efficient than a conventional power plant with a gas turbine, can be obtained without significant costs and complexity of the power plant, as well as without its additional maintenance.
На фиг. 1 изображена блок-схема, представленная в схематической форме, одного из вариантов исполнения настоящего изобретения, показывающая комбинированный цикл, в котором применяют предварительное сжатие и охлаждение; на фиг. 2 - блок-схема в схематической форме другого варианта исполнения настоящего изобретения, показывающая предварительное сжатие и охлаждение в малом объеме с использованием приводимого извне источника питания; на фиг. 3 - схематическая блок-схема, подобная фиг. 1, но показывающая, что компрессор для предварительного сжатия и охладитель малого объема приводятся в действие паровой турбиной, реагирующей на отходящие газы из газовой турбины; на фиг. 4 - модификация изобретения, показывающая предварительное сжатие и охлаждение на параллельных ступенях; на фиг. 5 показана конструкция охладителя, применяемого согласно настоящему изобретению, который включает в себя регулятор уровня охлаждения, достигаемого охладителем. In FIG. 1 is a schematic block diagram of one embodiment of the present invention, showing a combined cycle in which pre-compression and cooling are used; in FIG. 2 is a block diagram in schematic form of another embodiment of the present invention, showing preliminary compression and cooling in a small volume using an externally driven power source; in FIG. 3 is a schematic block diagram similar to FIG. 1, but showing that the pre-compression compressor and small volume cooler are driven by a steam turbine responsive to flue gases from a gas turbine; in FIG. 4 is a modification of the invention showing pre-compression and cooling in parallel steps; in FIG. 5 shows a design of a cooler used according to the present invention, which includes a regulator of the level of cooling reached by the cooler.
Теперь рассмотрим чертежи, на которых показан первый вариант исполнения 100 настоящего изображения, представляющий наземную силовую установку с комбинированным циклом, имеющую главный компрессор 130 для сжатия воздуха, подаваемого в компрессор для получения сжатого воздуха, камеру сгорания 140 для нагрева сжатого воздуха и образования горячих газов и газовую турбину 150, реагирующую на горячие газы, для привода главного компрессора через соединительный вал 160 и для питания нагрузки 170, которая представлена обычно в форме электрического генератора. Турбина 150 образует горячие отходящие газы, которые направляются в котел 180, содержащий воду, которая испаряется в пар отходящими газами, выпускаемыми затем в окружающую атмосферу обычно через глушитель (не показан). Пар направляется в паровую турбину 181, где происходит расширение, производящее работу, которая подается нагрузке 182. Пар, выпускаемый из турбины после завершения работы, конденсирует в конденсаторе 182, образуя конденсат, который возвращается в котел насосом 184 для повторения цикла. Now, consider the drawings, in which the first embodiment 100 of the present image is shown, representing a combined cycle ground power plant having a main compressor 130 for compressing the air supplied to the compressor to produce compressed air, a combustion chamber 140 for heating the compressed air and generating hot gases, and a hot gas gas turbine 150 for driving a main compressor through a connecting shaft 160 and for supplying a load 170, which is usually in the form of an electric gene Ator. The turbine 150 forms hot exhaust gases, which are sent to a boiler 180 containing water, which evaporates into steam with the exhaust gases, then released into the surrounding atmosphere, usually through a silencer (not shown). The steam is sent to a steam turbine 181, where expansion takes place, producing work that is supplied to the load 182. The steam discharged from the turbine after completion of work condenses in the condenser 182, forming condensate, which is returned to the boiler by the pump 184 to repeat the cycle.
Сжатый воздух для главного компрессора 130 подается предварительным компрессором 110, приводимым двигателем 111. Сжатый воздух, нагретый в процессе сжатия, направляется в охладитель 112, который охлаждает воздух, снижая его температуру примерно до температуры окружающей среды. Охладитель может быть частью механической рефрижераторной системы (не показана), которая обеспечивает хладагент для охладителя. Предпочтительно охлажденный сжатый воздух проходит через фильтр 113 до его подачи в главный компрессор 130. Предпочтителен центробежный фильтр. Compressed air for the main compressor 130 is supplied by a pre-compressor 110 driven by the engine 111. The compressed air heated during the compression process is directed to a cooler 112, which cools the air, reducing its temperature to about ambient temperature. The cooler may be part of a mechanical refrigeration system (not shown) that provides refrigerant to the cooler. Preferably, the cooled compressed air passes through a filter 113 before being fed to the main compressor 130. A centrifugal filter is preferred.
Фиг. 2 показывает другой вариант исполнения настоящего изобретения, в котором в позиции 10 обозначена энергетическая установка, содержащая обычную силовую установку 11, для которой устройство 12 осуществляет предварительное сжатие и охлаждение. Силовая установка 11 представляет собой крупномасштабную наземную электростанцию, обычно применяемую для подачи электроэнергии в сеть. Установка 11 содержит главный компрессор 13 для сжатия воздуха, подаваемого в компрессор для получения сжатого воздуха, камеру сгорания 14 для нагрева сжатого воздуха и образования горячих газов и газовую турбину 15, чувствительную к горячим газам, для привода главного компрессора через соединительный вал 16 и для привода нагрузки 17, которая представлена обычно форме электрического генератора. Турбина 15 производит горячие отходящие газы, которые обычно выпускаются в атмосферу через систему глушителя (не показана). FIG. 2 shows another embodiment of the present invention, in which a power plant comprising a
В больших наземных установках, применяемых для выработки энергии, которая передается в сеть электропередач, фильтр 18 является неотъемлемой частью системы подачи воздуха в главный компрессор 13, и он необходим для защиты компрессора от уловленных частиц, которые могут повредить лопатки компрессора. Фильтр 18 создает перепад давления в воздухе, подаваемом в главный компрессор. В результате давление воздуха на входе в компрессор 13 будет ниже давления воздуха на входе в фильтр 18. In large ground installations used to generate energy that is transmitted to the power grid, the
Давление, создаваемое предварительным компрессором 20, можно использовать, по меньшей мере, для компенсации перепада давления через фильтр. Устройство 20 содержит воздух, подаваемый в главный компрессор, посредством чего повышаются температура и давление подаваемого воздуха. Термин "подаваемый воздух", как он применяется в этом описании, означает воздух, подаваемый через главный компрессор. The pressure generated by the pre-compressor 20 can be used at least to compensate for the differential pressure through the filter. The
Как показано на фиг. 2, повышение температуры и давления в устройстве для предварительного сжатия обозначено соответственно + delT и + delP. Предварительный компрессор 20 сконструирован и расположен таким образом, что повышение давления, создаваемого этим устройством, по меньшей мере больше, чем перепад давления, создаваемый фильтром 18. Однако в соответствии с настоящим изобретением давление воздуха, подаваемого в главный компрессор 13, будет превышать давление окружающего воздуха. As shown in FIG. 2, the increase in temperature and pressure in the pre-compression device is indicated by + delT and + delP, respectively. The pre-compressor 20 is designed and positioned so that the pressure increase generated by this device is at least greater than the pressure drop created by the
Между предварительным компрессором 20 и фильтром 18 для входящего воздуха расположен охладитель 21 малого объема, который создает перепад температур примерно - delT в воздухе, подаваемом в компрессор. Конструкция охладителя 21 такова, что температура, создаваемая охладителем, является по существу сравнимой с повышением температуры, вводимым предварительным компрессором 20. Благодаря охладителю температура воздуха, поступающего в главный компрессор 13, обычно по существу близка к температуре окружающей среды. Between the pre-compressor 20 and the
Вместо приводимого извне электродвигателя для привода предварительного компрессора последний может приводится непосредственно паровой турбиной, работающей на отходящих газах из газовой турбины, например, когда применяют комбинированный цикл, в котором главным продуктом, производимым паровой турбиной, является электрическая энергия. Как показано на фиг. 3, силовая установка 30 содержит устройство 20а для предварительного сжатия и охладитель 21А малого объема, которые подобны соответствующим элементам, показанным на фиг. 1. Однако силовая установка 30 включает в себя паровую турбину с испарителем 32, содержащим воду в качестве рабочей среды, причем паровая турбина чувствительна к отходящим газам из газовой турбины 15 для образования пара. Пар направляется в турбину 33 по трубопроводу 34, турбина реагирует на пар, вырабатывая энергию, и также приводит непосредственно предварительный компрессор 20А через вал 35, который непосредственно соединяет турбину с предварительным компрессором. Расширение пара в турбине 33 производит работу, которая также управляет предварительным компрессором 20А с использованием пара, выходящего из турбины через выхлопной патрубок, после завершения работы. Кроме того, как показано, охладитель 21А может приводиться турбиной 33. Instead of an externally driven electric motor for driving a pre-compressor, the latter can be driven directly by a steam turbine operating on exhaust gases from a gas turbine, for example, when a combined cycle is used in which the main product produced by the steam turbine is electric energy. As shown in FIG. 3, the
Пар, выходящий из турбины, через выхлопной патрубок 36, конденсирует в конденсаторе 37, производя конденсат, который направляется по трубопроводу 38 в насос 39, возвращающий конденсат в испаритель, таким образом, цикл рабочей среды завершается. Конденсатор 37 является предпочтительно воздухоохлаждаемым, при этом любые необходимые вентиляторы (не показаны) приводятся обычно наружными двигателями. В результате непосредственного привода предварительного компрессора 20А, а также охладителя 21А турбиной 33 с использованием вала 35 уменьшается размер генератора (показан на фиг. 3 в виде нагрузки 22), связанного с турбиной, и уменьшаются его потери. The steam exiting the turbine, through the
Во время работы окружающий воздух затягивается в предварительный компрессор 20А, который повышает температуру и давление. Воздух, оставляющий предварительный компрессор 20А, проходит в охладитель 21А малого объема, который создает перепад температур, обычно по существу близкий к повышению температуры предварительным компрессором 20А. Затем воздух проходит в фильтрующее устройство 18, которое создает перепад давления. В результате температура воздуха, подаваемого в главный компрессор 13, обычно будет по существу приближаться к температуре охлаждающей среды, а давление будет слегка выше атмосферного давления. Главный компрессор сжимает этот воздух, подает его в камеру сгорания 14, в которой воздух нагревается в результате горения топлива, и подается в турбину 15, которая приводит нагрузку 17. Отходящие газы из турбины обычно направляются в паровую турбину 31, таким образом, турбина 33 вырабатывает энергию и также приводит в действие предварительный компрессор 20А и охладитель 21А. Либо часть электрической энергии, вырабатываемой турбиной 33, может использоваться для обычной рефрижераторной системы, которая поставляет хладагент для охладителя 21А. During operation, ambient air is drawn into the pre-compressor 20A, which raises the temperature and pressure. The air leaving the pre-compressor 20A flows into a small-
Вариант 40 исполнения настоящего изобретения, показанный на фиг. 4, подобен варианту, представленному на фиг. 2, за исключением того, что предварительное сжатие и охлаждение в малом объеме проводят параллельно в отдельных установках. Для этой цели устройство для предварительного сжатия выполнено в форме отдельных предварительных компрессоров 41, 42, 43, которые подают окружающий воздух параллельно в фильтрующее устройство 18А, также включающее в себя множество отдельных фильтров 45, 46, 47, которые соответственно соединены с отдельными компрессорами. В этом варианте исполнения охладитель 21А малого объема включает в себя отдельные охладители 48, 49, 50, которые соответственно соединены с отдельными компрессорами. Преимуществом конструкции, показанной на фиг. 4, является то, что различные воздушные фильтры и предварительные компрессоры, а также охладители малого объема могут работать отдельно в автономном или неавтономном режиме без оказания влияния на работу силовой установки 11А. Дополнительным преимуществом такой конструкции является то, что упрощается конструкция, в которой фильтр для всей силовой установки является большой и дорогостоящей деталью оборудования. An
Также в соответствии с настоящим изобретением можно применять вариант исполнения, показанный на фиг. 4, таким образом, силовая установка с комбинированным циклом может быть включена подобным образом, как та, которая показана и описана со ссылкой на фиг. 1 и 3. Also in accordance with the present invention, the embodiment shown in FIG. 4, thus, the combined cycle power plant can be turned on in a similar manner as that shown and described with reference to FIG. 1 and 3.
В соответствии с настоящим изобретением применяемое предварительное сжатие обеспечивает перепад давления примерно 1,15, а охлаждение осуществляют для уменьшения температуры предварительно сжатого воздуха до примерно температуры окружающего воздуха. Напротив, во время испарительного и/или глубокого охлаждения температура воздуха уменьшается до уровня, который значительно ниже температуры окружающей среды. In accordance with the present invention, the pre-compression used provides a pressure drop of about 1.15, and cooling is performed to reduce the temperature of the pre-compressed air to about the ambient temperature. On the contrary, during evaporative and / or deep cooling, the air temperature decreases to a level that is much lower than the ambient temperature.
В условиях относительно высокой влажности особое преимущество имеет система, применяющая предварительный компрессор и охладитель в соответствии с описанными вариантами исполнения настоящего изобретения. В соответствии с настоящим изобретением осушение очень влажного воздуха не требуется, причем в действительности коэффициент эффективности улучшается в условиях влажности. Напротив, в известных системах, применяющих испарительные охладители, нагрузка от охлаждения может увеличиваться в три раза в условиях влажности, если только не проводят сначала сушку воздуха. In conditions of relatively high humidity, a system using a pre-compressor and cooler in accordance with the described embodiments of the present invention has a particular advantage. In accordance with the present invention, the drainage of very humid air is not required, and in fact, the efficiency coefficient is improved under humidity conditions. In contrast, in known systems employing evaporative coolers, the cooling load can increase three times under humidity conditions, unless air is first dried.
В условиях влажности, т.е. когда относительная влажность является сравнительно высокой, охлаждение в соответствии с настоящим изобретением будет уменьшать температуру предварительно сжатого воздуха. Однако, если это экономически эффективно, то воздух будет охлаждаться до температуры, которая слегка ниже температуры окружающей среды. Тем не менее, когда применяют силовую установку с комбинированным циклом, имеющую паровую турбину, необходимо учитывать эффект снижения температуры отходящих газов из газовой турбины на энергию, производимую паровой турбиной. Предпочтительно в тех местах, где относительная влажность достигает примерно 80% или выше и даже приближается к 100%, предварительно сжатый воздух можно охлаждать примерно на 5oC выше температуры окружающей среды, а в тех районах, где относительная влажность находится между 50% и 80%, предварительно сжатый воздух можно охлаждать примерно на 10oC ниже температуры охлаждающей среды в зависимости от экономической эффективности систем.In conditions of humidity, i.e. when the relative humidity is relatively high, cooling in accordance with the present invention will reduce the temperature of the pre-compressed air. However, if it is cost-effective, then the air will be cooled to a temperature that is slightly below ambient temperature. However, when a combined cycle power plant having a steam turbine is used, the effect of lowering the temperature of the exhaust gases from the gas turbine on the energy produced by the steam turbine must be taken into account. Preferably, in places where the relative humidity reaches about 80% or higher and even approaches 100%, the pre-compressed air can be cooled about 5 o C above ambient temperature, and in areas where the relative humidity is between 50% and 80 %, pre-compressed air can be cooled about 10 o C below the temperature of the cooling medium, depending on the economic efficiency of the systems.
Кроме того, силовая установка с комбинированным циклом в соответствии с изобретением, показанная и описанная со ссылкой на фиг. 1 и 3, должна работать таким образом, чтобы генерирование пара из извлекаемого из установки тепла (HRSC) происходило по существу при постоянных условиях (особенно расход объема) вопреки изменению условий окружающей среды. Это может достигаться полностью за счет регулирования уровня охлаждения, осуществляемого с охладителем (такое средство показано, например, на фиг. 5), таким образом, чтобы температура предварительно сжатого воздуха на выходе из охладителя поддерживалась по существу постоянной независимо от условий окружающей среды. Такая работа позволяет оптимизировать расчет генерирования пара из выделяемого тепла в силовой установке с комбинированным циклом до по существу единой точки так, чтобы работа силовой установки была близкой к расчетному уровню при всех условиях окружающей среды. Furthermore, a combined cycle power plant according to the invention, shown and described with reference to FIG. 1 and 3 should work so that the generation of steam from the heat extracted from the plant (HRSC) occurs essentially under constant conditions (especially volume flow) despite changing environmental conditions. This can be achieved completely by adjusting the level of cooling carried out with the cooler (such a means is shown, for example, in Fig. 5), so that the temperature of the pre-compressed air at the outlet of the cooler is maintained essentially constant regardless of environmental conditions. This work allows you to optimize the calculation of the generation of steam from the generated heat in the power plant with a combined cycle to essentially a single point so that the work of the power plant is close to the calculated level under all environmental conditions.
Напротив, известная силовая установка с комбинированным циклом предназначена для работы в пределах указанных условий (включая, например, 30% колебаний в потоке массы воздуха). Следовательно, генерирование пара из выделяемого тепла (HRSC) в обычных силовых установках с комбинированным циклом является таким, что необходимо принимать во внимание все условия, которые возможно встретятся во время работы, в результате это оказывает вредный эффект на размер и оптимизацию. Если сконструировать силовую установку с комбинированным циклом в соответствии с настоящим изобретением, то работа будет по существу в оптимальной точке в течение всего года, в результате будет достигаться экономия на 10% капитальных затрат на проектирование и конструирование благодаря уменьшению размера, HRSC, и дополнительная экономия от работы за счет повышения эффективности. On the contrary, the known power plant with a combined cycle is designed to operate within the specified conditions (including, for example, 30% of the fluctuations in the flow of air mass). Therefore, the generation of steam from the heat generated (HRSC) in conventional combined cycle power plants is such that all conditions that may be encountered during operation must be taken into account, as a result of which it has a detrimental effect on size and optimization. If you design a power plant with a combined cycle in accordance with the present invention, then the work will be essentially at the optimal point throughout the year, as a result, 10% of the capital costs of design and construction will be achieved due to the reduction in size, HRSC, and additional savings from work by increasing efficiency.
Также система газовой турбины в соответствии с настоящим изобретением должна работать по существу при постоянных условиях (особенно объемный поток массы) вопреки изменению условий окружающей среды. Это может полностью достигаться за счет регулирования уровня охлаждения, осуществляемого охладителем (пример такого средства регулирования показан на фиг. 5) так, чтобы температура предварительно сжатого воздуха на выходе из охладителя поддерживалась по существу постоянной независимо от условий окружающей среды. Такая работа позволяет системе газовой турбины работать на уровне, по существу близком к расчетным параметрам, таким образом, работа силовой установки будет близка к ее проектному уровню при всех условиях окружающей среды. Also, the gas turbine system in accordance with the present invention should operate essentially under constant conditions (especially volumetric mass flow) despite the changing environmental conditions. This can be fully achieved by adjusting the level of cooling provided by the cooler (an example of such a control means is shown in FIG. 5) so that the temperature of the pre-compressed air leaving the cooler is kept substantially constant regardless of environmental conditions. Such work allows the gas turbine system to operate at a level substantially close to the design parameters, thus, the operation of the power plant will be close to its design level under all environmental conditions.
Согласно дополнительному признаку настоящего изобретения, как описано со ссылкой на фиг. 1 и 3, отходящие газы из системы газовой турбины силовой установки, имеющей предварительный компрессор и охладитель, можно использовать для одновременного генерирования энергии (т.е. для получения пара для использования в качестве тепла в процессе). В таком случае система в соответствии с настоящим изобретением работает преимущественно по существу при постоянных условиях (особенно расход ее объема) независимо от изменений условий окружающей среды. Это может достигаться полностью посредством регулирования уровня охлаждения, осуществляемого охладителем, чтобы температура предварительно сжатого воздуха на выходе из охладителя поддерживалась по существу постоянной независимо от условий окружающей среды. Такая работа имеет особое преимущество в системах совместного генерирования, поскольку тепло является частью промышленного процесса, требующего непрерывную работу при постоянных условиях. According to a further feature of the present invention, as described with reference to FIG. 1 and 3, exhaust gases from a power plant gas turbine system having a pre-compressor and a cooler can be used to simultaneously generate energy (i.e., to produce steam for use as heat in the process). In this case, the system in accordance with the present invention operates mainly essentially under constant conditions (especially the consumption of its volume) regardless of changes in environmental conditions. This can be fully achieved by adjusting the level of cooling provided by the cooler so that the temperature of the pre-compressed air leaving the cooler is kept substantially constant regardless of environmental conditions. Such work has a particular advantage in co-generation systems, since heat is part of an industrial process that requires continuous operation under constant conditions.
Когда газовые турбины или электростанции, изготовленные в соответствии с настоящим изобретением, возводят вблизи естественных источников воды, например вблизи моря, реки или озера, либо около охлаждающей башни и ее источника охлаждающей воды воду из такого источника можно использовать в качестве охлаждающей среды в косвенном охладителе газовой турбины для охлаждения предварительно сжатых газов. В таком случае, особенно когда охлаждение заключается в уменьшении температуры предварительно сжатых газов до температуры, близкой к температуре окружающей среды, можно применять простой воздуховодяной косвенный теплообменник с механическим охладителем, поскольку температура источника воды будет ниже температуры окружающего воздуха. When gas turbines or power plants manufactured in accordance with the present invention are erected near natural sources of water, for example, near a sea, river or lake, or near a cooling tower and its source of cooling water, water from such a source can be used as a cooling medium in an indirect gas cooler turbines for cooling pre-compressed gases. In this case, especially when the cooling consists in reducing the temperature of the pre-compressed gases to a temperature close to the ambient temperature, a simple air-water indirect heat exchanger with a mechanical cooler can be used, since the temperature of the water source will be lower than the ambient temperature.
Согласно еще одному дополнительному признаку изобретения, когда газовая турбина или силовая установка с комбинированным циклом работает в соответствии с настоящим изобретением во влажном месте в условиях охлаждения предварительно сжатых газов до температуры слегка ниже температуры охлаждающей среды, можно использовать воду, образующуюся во время конденсации водяных паров в воздухе при охлаждении предварительно сжатого воздуха, для регулирования содержания окислов азота в отходящих газах путем добавки этой воды в процессе горения, который происходит в камере сгорания в газовой турбине. Это возможно, поскольку образующаяся вода имеет относительно высокий уровень чистоты. According to another additional feature of the invention, when a gas turbine or combined cycle power plant operates in accordance with the present invention in a humid place under conditions of cooling the pre-compressed gases to a temperature slightly below the temperature of the cooling medium, water generated during the condensation of water vapor in air when cooling pre-compressed air, to control the content of nitrogen oxides in the exhaust gases by adding this water during combustion, otorrhea occurs in the combustion chamber in a gas turbine. This is possible because the resulting water has a relatively high level of purity.
Варианты исполнения настоящего изобретения являются также эффективными в районах с сухим климатом, где конкретные ограничения приводят к тому, что исключается возможность применения охладителей для глубокого охлаждения или испарительных охладителей, например, в том месте, где наличие источников воды ограничено, делая применение испарительных охладителей дорогостоящим, или где источники воды загрязнены. Также в соответствии с настоящим изобретением, поскольку часто охлаждение проводят до температуры, которая выше температуры охлаждающей среды, то воздушные охладители, т.е. теплообменники, применяющие не цикл охлаждения, а вместо этого окружающий воздух в качестве охлаждающей среды, можно использовать в качестве охладителей в описанных вариантах исполнения. Embodiments of the present invention are also effective in areas with a dry climate, where specific restrictions result in the possibility of the use of deep chillers or evaporative coolers, for example, in a place where the availability of water sources is limited, making the use of evaporative coolers expensive, or where water sources are contaminated. Also in accordance with the present invention, since often cooling is carried out to a temperature that is higher than the temperature of the cooling medium, air coolers, i.e. heat exchangers that use not the cooling cycle, but instead the surrounding air as a cooling medium, can be used as coolers in the described embodiments.
Также согласно дополнительному признаку настоящего изобретения предварительное сжатие, осуществляемое предварительными компрессорами, в описанных вариантах исполнения можно применить вместо нагревателя, необходимого в холодную погоду. Таким образом, компрессор для предварительного сжатия увеличивает температуру воздуха на выходе, уменьшая риск образования льда в главном компрессоре. Возникновение обледенения в предварительном компрессоре по существу исключается в соответствии с настоящим изобретением за счет применения механического центробежного устройства для удаления капель. Либо вход в предварительный компрессор выполняют таким образом, чтобы капли воды не могли оказывать значительного влияния на работу предварительного компрессора. Также или в связи с обоими этими вариантами часть горячего, предварительного сжатого воздуха может рециркулировать для нагрева воздуха, поступающего в предварительный компрессор. Такое устройство более простое, чем рециркуляция воздуха, извлеченного со ступени в главном компрессоре, для нагрева воздуха, поступающего в главный компрессор. Also, according to an additional feature of the present invention, the preliminary compression carried out by the preliminary compressors in the described embodiments can be used instead of the heater needed in cold weather. Thus, the compressor for pre-compression increases the temperature of the outlet air, reducing the risk of ice formation in the main compressor. The occurrence of icing in the pre-compressor is essentially eliminated in accordance with the present invention through the use of a mechanical centrifugal device for removing droplets. Or, the entrance to the pre-compressor is performed in such a way that water droplets cannot significantly affect the operation of the pre-compressor. Also or in connection with both of these options, part of the hot, pre-compressed air can be recycled to heat the air entering the pre-compressor. Such a device is simpler than recirculating the air extracted from the stage in the main compressor to heat the air entering the main compressor.
Предварительное сжатие до перепада давления 1,15 в сочетании с охлаждением в соответствии с описанными вариантами исполнения настоящего изобретения обеспечивает увеличение пропускной способности до 20% при температуре окружающей среды 35oC. Кроме того, повышенная мощность почти не зависит от погодных условий, таким образом, энергетическая установка, основанная на настоящем изобретении, является экономически эффективной в большинстве промышленных стран, где условия жаркого влажного лета являются нормой.Pre-compression to a differential pressure of 1.15 in combination with cooling in accordance with the described embodiments of the present invention provides an increase in throughput of up to 20% at an ambient temperature of 35 o C. In addition, the increased power is almost independent of weather conditions, thus A power plant based on the present invention is cost-effective in most industrial countries where hot, humid summers are the norm.
Преимущества и улучшенные результаты, достигаемые благодаря способу и устройству в соответствии с настоящим изобретением, являются очевидными из описания конкретных исполнений изобретения. The advantages and improved results achieved by the method and apparatus of the present invention are apparent from the description of specific embodiments of the invention.
В объеме изобретения возможны различные изменения и модификации, как раскрыто в формуле изобретения. Various changes and modifications are possible within the scope of the invention, as disclosed in the claims.
Claims (11)
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US97361292A | 1992-11-09 | 1992-11-09 | |
| US973,612 | 1992-11-09 | ||
| US973612 | 1992-11-09 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU93050170A RU93050170A (en) | 1996-07-10 |
| RU2123610C1 true RU2123610C1 (en) | 1998-12-20 |
Family
ID=25521059
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU93050170A RU2123610C1 (en) | 1992-11-09 | 1993-11-05 | Process increasing energy produced by gas turbine |
Country Status (8)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR940011780A (en) |
| CN (1) | CN1092136A (en) |
| BR (1) | BR9304471A (en) |
| ES (1) | ES2068781B1 (en) |
| IL (1) | IL107530A (en) |
| IT (1) | IT1273629B (en) |
| MX (1) | MX9306959A (en) |
| RU (1) | RU2123610C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2517416C2 (en) * | 2008-03-28 | 2014-05-27 | Сименс Акциенгезелльшафт | Definition of gas turbine suction mass flow rate |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| ES2115487B1 (en) * | 1994-12-29 | 1999-02-16 | Sener Ing & Sist | SYSTEM AND INSTALLATION TO IMPROVE THE PERFORMANCE OF GAS TURBINES LOCATED IN AREAS WITH LOW ATMOSPHERIC PRESSURE. |
| US9441542B2 (en) * | 2011-09-20 | 2016-09-13 | General Electric Company | Ultrasonic water atomization system for gas turbine inlet cooling and wet compression |
| JP2013092053A (en) * | 2011-10-24 | 2013-05-16 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Liquefied gas processing system, control method thereof, liquefied gas carrying vessel including the same, and liquefied gas storage facility including the same |
| US20180171877A1 (en) * | 2016-12-15 | 2018-06-21 | General Electric Company | Power Generation System and Method for Operating Same |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3796045A (en) * | 1971-07-15 | 1974-03-12 | Turbo Dev Inc | Method and apparatus for increasing power output and/or thermal efficiency of a gas turbine power plant |
| NL7800077A (en) * | 1978-01-03 | 1979-07-05 | Thomassen Holland Bv | GASTURBINE INSTALLATION. |
| GB2051238B (en) * | 1979-06-08 | 1983-09-14 | Sadek R M | Fluid operated power plant |
| US4751814A (en) * | 1985-06-21 | 1988-06-21 | General Electric Company | Air cycle thermodynamic conversion system |
| AU7196091A (en) * | 1990-02-27 | 1991-08-29 | Turbine Developments Aktiengesellschaft | A gas turbine |
| DE4030332A1 (en) * | 1990-06-20 | 1992-01-09 | Zimmermann & Jansen Gmbh | Process and plant for energy recovery from blast furnace gas - comprises pressure recovery turbine with generator and by=pass with gas compressor, combustion chamber with fuel enrichment |
-
1993
- 1993-11-05 RU RU93050170A patent/RU2123610C1/en active
- 1993-11-08 ES ES09302326A patent/ES2068781B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1993-11-08 BR BR9304471A patent/BR9304471A/en not_active Application Discontinuation
- 1993-11-08 MX MX9306959A patent/MX9306959A/en not_active IP Right Cessation
- 1993-11-08 IL IL10753093A patent/IL107530A/en not_active IP Right Cessation
- 1993-11-09 IT ITMI932374A patent/IT1273629B/en active IP Right Grant
- 1993-11-09 KR KR1019930023685A patent/KR940011780A/en not_active Application Discontinuation
- 1993-11-09 CN CN93121072A patent/CN1092136A/en active Pending
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Атлас конструкций и схем. Газотурбинные установки,/ Под ред. Шубенко-Шубина Л.А. - М.: Машиностроение, 1976, с.151, рис.VI-I. * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2517416C2 (en) * | 2008-03-28 | 2014-05-27 | Сименс Акциенгезелльшафт | Definition of gas turbine suction mass flow rate |
| US9466152B2 (en) | 2008-03-28 | 2016-10-11 | Siemens Aktiengesellschaft | Method for determining the suction mass flow of a gas turbine |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| ES2068781A2 (en) | 1995-04-16 |
| BR9304471A (en) | 1994-05-17 |
| ES2068781B1 (en) | 1997-12-01 |
| IL107530A (en) | 1999-06-20 |
| IT1273629B (en) | 1997-07-08 |
| ITMI932374A0 (en) | 1993-11-09 |
| CN1092136A (en) | 1994-09-14 |
| KR940011780A (en) | 1994-06-22 |
| IL107530A0 (en) | 1994-02-27 |
| ITMI932374A1 (en) | 1995-05-09 |
| MX9306959A (en) | 1994-05-31 |
| ES2068781R (en) | 1997-04-16 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5622044A (en) | Apparatus for augmenting power produced from gas turbines | |
| US6422019B1 (en) | Apparatus for augmenting power produced from gas turbines | |
| US5860279A (en) | Method and apparatus for cooling hot fluids | |
| US3796045A (en) | Method and apparatus for increasing power output and/or thermal efficiency of a gas turbine power plant | |
| US7065953B1 (en) | Supercharging system for gas turbines | |
| KR100628593B1 (en) | Combustion turbine cooling media supply system and related method | |
| CN1097151C (en) | Gas turbine power generation equipment and air humidifying apparatus | |
| EP0378003B1 (en) | Apparatus and method for optimizing the air inlet temperature of gas turbines | |
| ITMI941519A1 (en) | METHOD AND APPARATUS FOR INCREASING THE POWER PRODUCED BY GAS TURBINE | |
| US6718771B1 (en) | Gas turbine operative at high ambient temperatures | |
| US20030182944A1 (en) | Highly supercharged gas-turbine generating system | |
| KR100874508B1 (en) | Supercharge system for gas turbine | |
| US6119445A (en) | Method of and apparatus for augmenting power produced from gas turbines | |
| WO1994018515A1 (en) | Method and apparatus for cooling hot fluids | |
| JP2002349286A (en) | Pressurizing system for turbine, turbine system and method | |
| WO2001000975A1 (en) | Supercharging system for gas turbines | |
| WO2002014662A1 (en) | Method for recovering the energy of gas expansion and a recovery device for carrying out said method | |
| US20110173947A1 (en) | System and method for gas turbine power augmentation | |
| RU2123610C1 (en) | Process increasing energy produced by gas turbine | |
| US20210300788A1 (en) | Atmospheric water and power generation compression apparatus, system and method | |
| US3765168A (en) | Water recovery | |
| CN1237261C (en) | Gas turbine generator and air humidifier | |
| US4182124A (en) | Gravity augmented air compression turbine power plant | |
| JP2000282895A (en) | Intake air cooling device and method for gas turbine | |
| SU918730A1 (en) | Heat-cold-power producing plant |