RU2193677C2 - Heat and power generation process - Google Patents
Heat and power generation process Download PDFInfo
- Publication number
- RU2193677C2 RU2193677C2 RU2000100518A RU2000100518A RU2193677C2 RU 2193677 C2 RU2193677 C2 RU 2193677C2 RU 2000100518 A RU2000100518 A RU 2000100518A RU 2000100518 A RU2000100518 A RU 2000100518A RU 2193677 C2 RU2193677 C2 RU 2193677C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- compressor
- air
- turbine
- temperature
- gas
- Prior art date
Links
Landscapes
- Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к способам получения тепловой и электрической энергии с помощью теплофикационной энергетической газотурбинной установки на основе высокотемпературного авиационного двигателя, конвертируемого для наземного применения. The invention relates to methods for producing thermal and electric energy using a cogeneration power gas turbine plant based on a high-temperature aircraft engine, convertible for ground use.
Известен способ получения тепловой и электрической энергии, согласно которому для увеличения выдачи потребителю тепловой энергии или для ее поддержания на постоянном уровне при пониженной температуре атмосферного воздуха выходящий из турбины газотурбинного двигателя газ дополнительно подогревают при сжигании дополнительного топлива, а затем подогретый газ направляют в теплофикационный котел, где он отдает свою тепловую энергию [1] . A known method of producing thermal and electrical energy, according to which to increase the supply of thermal energy to the consumer or to maintain it at a constant level at a lower temperature of atmospheric air, the gas leaving the turbine of a gas turbine engine is additionally heated by burning additional fuel, and then the heated gas is sent to a heating boiler, where he gives up his thermal energy [1].
Недостатком известного способа является пониженный тепловой кпд, т.к. тепловая энергия, полученная при сжигании топлива за турбиной, не "срабатывается" в турбине. Кроме того, требуется дополнительное оборудование для сжигания топлива за турбиной, что снижает надежность и эффективность известного способа. The disadvantage of this method is the reduced thermal efficiency, because thermal energy obtained by burning fuel behind the turbine does not “work out” in the turbine. In addition, additional equipment is required for burning fuel behind the turbine, which reduces the reliability and efficiency of the known method.
Наиболее близким к заявляемым является способ получения тепловой и электрической энергии, включающий подачу воздуха на вход в газотурбинную установку, сжатие его в компрессоре, из которого воздух направляют в камеру сгорания, далее расширяют в турбине, приводящей в действие компрессор и электрогенератор, затем отработавшие в турбине газы пропускают в качестве греющей среды через теплообменник, а подогретый в теплообменнике атмосферный воздух направляют на вход в двигатель [2]. Closest to the claimed one is a method of generating heat and electric energy, comprising supplying air to the inlet of a gas turbine installation, compressing it in a compressor, from which air is sent to a combustion chamber, then expanding in a turbine driving a compressor and an electric generator, then spent in a turbine gases are passed as a heating medium through a heat exchanger, and atmospheric air heated in a heat exchanger is sent to the engine inlet [2].
Однако известный способ не имеет достаточную надежность и эффективность, т.к. требует применения дополнительного теплообменника для подогрева атмосферного воздуха, а тепло выходящего из турбины газа не используется полностью на теплофикацию. However, the known method does not have sufficient reliability and efficiency, because It requires the use of an additional heat exchanger for heating atmospheric air, and the heat of the gas leaving the turbine is not used completely for heating.
Техническая задача, решаемая изобретением, заключается в повышении эффективности и надежности за счет регулирования температуры воздуха на входе в компрессор и повышения теплового кпд установки. The technical problem solved by the invention is to increase efficiency and reliability by adjusting the temperature of the air at the inlet to the compressor and increasing the thermal efficiency of the installation.
Сущность изобретения заключается в том, что в способе получения тепловой и электрической энергии, включающей подачу воздуха в газотурбинную установку, сжатие его в компрессоре, из которого воздух направляют в камеру сгорания, далее расширяют в турбине приводящей в действие компрессор и электрогенератор, затем отработавшие в турбине газы пропускают в качестве греющей среды через теплообменник, согласно изобретению, часть закомпрессорного воздуха в количестве 0,1-20% перепускают на вход в компрессор, причем расход закомпрессорного воздуха определяют по формуле:
G=К(То-Тн),
где Тн - температура атмосферного воздуха на входе в компрессор,oС;
То - температура воздуха в начале отопительного сезона,oС;
К - коэффициент пропорциональности, зависящий от параметров конкретной установки.The essence of the invention lies in the fact that in the method of producing thermal and electric energy, including supplying air to a gas turbine unit, compressing it in a compressor, from which air is sent to a combustion chamber, is further expanded in a turbine driving a compressor and an electric generator, then exhausted in a turbine the gases are passed as a heating medium through a heat exchanger according to the invention, part of the compressor air in the amount of 0.1-20% is passed to the compressor inlet, and the flow rate of compressor air determined by the formula:
G = K (To-Tn),
where Tn is the temperature of the atmospheric air at the inlet to the compressor, o C;
That is the air temperature at the beginning of the heating season, o С;
K is the coefficient of proportionality, depending on the parameters of a particular installation.
Такой способ позволяет при постоянной мощности на валу газотурбинного двигателя для выработки электроэнергии в случае понижения температуры атмосферного воздуха на входе в компрессор сохранить постоянной тепловую мощность газотурбинной установки или ее увеличить при повышении теплового кпд. This method allows for constant power on the shaft of the gas turbine engine to generate electricity in the event of a decrease in ambient air temperature at the inlet to the compressor to keep the thermal power of the gas turbine unit constant or to increase it with increasing thermal efficiency.
Сохранение постоянной мощности на валу газотурбинного двигателя позволяет не перегружать электрогенератор установки избыточной мощностью на валу, что повышает надежность установки и способа в целом. Maintaining a constant power on the shaft of the gas turbine engine allows not to overload the generator of the installation with excess power on the shaft, which increases the reliability of the installation and the whole method.
Повышение теплового кпд по сравнению с прототипом достигается за счет того, что весь газ из турбины проходит через теплообменник-рекуператор, отдавая свое тепло потребителю. Увеличение тепловой мощности (или поддержании ее постоянной при снижении температуры атмосферного воздуха) происходит вследствие повышения или поддержания постоянной температуры газов на выходе из турбины как за счет подогрева воздуха на входе в компрессор, так и за счет повышения режима работы двигателя для компенсации потерь мощности на сжатие отбираемого за компрессором воздуха. The increase in thermal efficiency compared with the prototype is achieved due to the fact that all the gas from the turbine passes through a heat exchanger-recuperator, giving its heat to the consumer. The increase in thermal power (or keeping it constant while lowering the temperature of the atmospheric air) occurs due to an increase or maintenance of a constant temperature of the gases leaving the turbine due to both heating the air at the compressor inlet and increasing the engine operating mode to compensate for compression power losses taken from the air compressor.
Для надежной и экономичной работы теплообменника необходимо, чтобы расход и температура газа на его входе сохранялись постоянными на всех режимах работы установки и при любых изменениях температуры окружающего атмосферного воздуха. Заявляемый способ обеспечивает такое постоянство за счет перепуска закомпрессорного воздуха на вход в компрессор. При этом расход воздуха изменяется от 0,1%, когда перепуска нет, до 20%. При расходе более 20% возможна поломка компрессора из-за вибрации лопаток, а также поломка турбины из-за повышенной температуры газа перед ней. For reliable and economical operation of the heat exchanger, it is necessary that the gas flow and temperature at its inlet remain constant at all operating conditions of the installation and at any changes in ambient temperature. The inventive method provides this constancy due to the by-pass of compressor air to the compressor inlet. In this case, the air flow varies from 0.1% when there is no bypass, up to 20%. At a flow rate of more than 20%, a compressor may breakdown due to vibration of the blades, as well as a turbine breakdown due to the increased gas temperature in front of it.
Регулирование перепускаемого воздуха осуществляется по математической формуле, чем обеспечивается изменение расхода закомпрессорного горячего воздуха в зависимости от температуры атмосферного воздуха и параметров конкретной установки. Bypass air regulation is carried out according to the mathematical formula, which ensures a change in the flow rate of the compressor hot air depending on the temperature of the atmospheric air and the parameters of a particular installation.
На чертеже показана схема газотурбинной энергетической теплофикационной установки, осуществляющей заявляемый способ. The drawing shows a diagram of a gas turbine power cogeneration plant implementing the inventive method.
Установка 1 состоит из газотурбинного двигателя 2, редуктора 3, электрогенератора 4 и теплообменника-рекуператора 5, который расположен в выходной шахте 6. Газотурбинный двигатель 1 состоит из компрессора 7, камеры сгорания 8, турбины высокого давления 9, которая приводит во вращение компрессор 7 с помощью вала 10 и силовой турбины 11, которая с помощью вала 12 через редуктор 3 вращает электрогенератор 4. Installation 1 consists of a gas turbine engine 2, a reducer 3, an electric generator 4 and a heat exchanger-recuperator 5, which is located in the output shaft 6. The gas turbine engine 1 consists of a compressor 7, a combustion chamber 8, a high pressure turbine 9, which drives the compressor 7 s using the shaft 10 and the power turbine 11, which using the shaft 12 through the gearbox 3 rotates the generator 4.
На выходе 13 компрессора 7 забирается горячий закомпрессорный воздух и с помощью трубопровода 14, заслонки 15 и коллектора 16 во входную шахту 17 поступает на вход 20 компрессора 7 газотурбинного двигателя 2. На выходе из двигателя 2 газ 21 проходит через теплообменник-рекуператор 5, отдавая свое тепло на подогрев воды 22. At the outlet 13 of the compressor 7, hot compressor air is taken in and, using a pipe 14, a shutter 15 and a manifold 16, enters the inlet shaft 17 to the inlet 20 of the compressor 7 of the gas turbine engine 2. At the outlet of the engine 2, gas 21 passes through the heat exchanger-recuperator 5, giving its heat for heating water 22.
Способ осуществляется следующим образом. The method is as follows.
С наступлением отопительного сезона, т. е. при понижении температуры воздуха до +5oС, например, надежная и экономичная работа теплообменника-рекуператора 5 будет обеспечена в том случае, когда температура и расход газа 21 на выхлопе из турбины 11 будут постоянны при постоянной мощности на валу 12 силовой турбины 11 для выработки электроэнергии с помощью электрогенератора 4.With the onset of the heating season, i.e., when the air temperature drops to +5 o C, for example, reliable and economical operation of the heat exchanger-recuperator 5 will be ensured when the temperature and gas flow 21 at the exhaust from the turbine 11 are constant at a constant power on the shaft 12 of the power turbine 11 for generating electricity using an electric generator 4.
Атмосферный воздух 19 подают во входную шахту 17 установки 1, затем он поступает на вход 20 компрессора 7 газотурбинного двигателя 2. На выходе 13 компрессора 7 часть горячего закомпрессорного воздуха 18 по трубопроводу 14 с заслонкой 15 и коллектором 16 поступает обратно в шахту 17, где смешивается с атмосферным воздухом 19, нагревая его. Количество горячего закомпрессорного воздуха регулируется с помощью заслонки 15 для поддержания постоянной температуры газа 21 на выходе из турбины 11, т.е. на входе в теплообменник-рекуператор 5. На выходе из двигателя 2 газ 21 проходит через теплообменник-рекуператор 5, отдавая свое тепло на подогрев воды 22. Atmospheric air 19 is fed into the input shaft 17 of the installation 1, then it enters the input 20 of the compressor 7 of the gas turbine engine 2. At the outlet 13 of the compressor 7, part of the hot compressed air 18 through a pipe 14 with a shutter 15 and a manifold 16 enters the shaft 17, where it is mixed with atmospheric air 19, heating it. The amount of hot compressed air is controlled using the shutter 15 to maintain a constant temperature of the gas 21 at the outlet of the turbine 11, i.e. at the entrance to the heat exchanger-recuperator 5. At the exit of the engine 2, the gas 21 passes through the heat exchanger-recuperator 5, giving its heat to heat the water 22.
При этом расход газа на выходе из турбины 11 остается неизменным при изменении температуры атмосферного воздуха 19 на входе в шахту 17. Температура газа на выходе из камеры сгорания 8 или перед турбиной высокого давления 9 при этом также остается неизменной и более низкой, чем при работе двигателя 2 на номинальном режиме в стандартных условиях (при +15oС).In this case, the gas flow rate at the outlet of the turbine 11 remains unchanged when the temperature of the atmospheric air 19 at the entrance to the shaft 17 changes. The gas temperature at the outlet of the combustion chamber 8 or in front of the high pressure turbine 9 also remains unchanged and lower than when the engine is running 2 in nominal mode under standard conditions (at +15 o C).
Ресурс горячей части двигателя 2 в данном случае расходуется незначительно, особенно для высокотемпературного авиационного двигателя, конвертированный вариант которого используется в данной установке. The resource of the hot part of the engine 2 in this case is negligible, especially for a high-temperature aircraft engine, a converted version of which is used in this installation.
Источники информации:
1. В. А. Шварц. Конструкции газотурбинных установок, стр.15, 16, рис.7, 8.Sources of information:
1. V.A. Schwartz. Designs of gas turbine units, p. 15, 16, fig. 7, 8.
2. Патент РФ 2125171, F 02 С 1/05,1997 г. 2. RF patent 2125171, F 02 C 1 / 05.1997,
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2000100518A RU2193677C2 (en) | 2000-01-10 | 2000-01-10 | Heat and power generation process |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2000100518A RU2193677C2 (en) | 2000-01-10 | 2000-01-10 | Heat and power generation process |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2000100518A RU2000100518A (en) | 2001-11-20 |
| RU2193677C2 true RU2193677C2 (en) | 2002-11-27 |
Family
ID=20229172
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2000100518A RU2193677C2 (en) | 2000-01-10 | 2000-01-10 | Heat and power generation process |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2193677C2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2564658C2 (en) * | 2013-11-13 | 2015-10-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Объединенный институт высоких температур Российской академии наук (ОИВТ РАН) | Environmentally safe power plant based on detonation combustion chamber |
-
2000
- 2000-01-10 RU RU2000100518A patent/RU2193677C2/en active
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2564658C2 (en) * | 2013-11-13 | 2015-10-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Объединенный институт высоких температур Российской академии наук (ОИВТ РАН) | Environmentally safe power plant based on detonation combustion chamber |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US3703807A (en) | Combined gas-steam turbine power plant | |
| JP2540539B2 (en) | Gas turbine unit operating method | |
| US5678401A (en) | Energy supply system utilizing gas and steam turbines | |
| EP0378003A1 (en) | Apparatus and method for optimizing the air inlet temperature of gas turbines | |
| CA1288959C (en) | Method for increasing the efficiency of gas turbine generator systems using low btu gaseous fuels | |
| EP1069282A2 (en) | Dual-pressure steam injection partial-regeneration-cycle gas turbine system | |
| WO1993024784A1 (en) | Gas-distributing station with energetic installation | |
| CA2319663C (en) | Gas turbine system and combined plant comprising the same | |
| RU2199020C2 (en) | Method of operation and design of combination gas turbine plant of gas distributing system | |
| RU2193677C2 (en) | Heat and power generation process | |
| CA1091044A (en) | Combined cycle electric power generating system with improvement | |
| JPH07332109A (en) | Compressed air storage type power generating plant | |
| RU2747704C1 (en) | Cogeneration gas turbine power plant | |
| DE59203249D1 (en) | COMBINED GAS-STEAM TURBINE SYSTEM FOR GENERATING ELECTRICAL ENERGY. | |
| RU2123610C1 (en) | Process increasing energy produced by gas turbine | |
| JP7472035B2 (en) | Cogeneration system for boilers | |
| JP2806338B2 (en) | Gas turbine generator | |
| RU2176026C2 (en) | Gas-turbine power plant operating process | |
| RU2767677C1 (en) | Method of reducing the power of a gas turbine plant below its permissible lower limit of the control range | |
| RU2330977C1 (en) | Gas turbine plant output control method | |
| RU2008480C1 (en) | Power unit | |
| JP3220859U (en) | Gas turbine and air turbine combined power generation facilities | |
| RU2192551C2 (en) | Gas turbine engine with regeneration of heat | |
| RU2031214C1 (en) | Method of optimization of operating steam-gas power plant | |
| RU2094637C1 (en) | Method and device for operating gas-turbine plant of cogeneration station |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PD4A | Correction of name of patent owner |