RU2395695C1 - Operating method of combined cycle plant - Google Patents
Operating method of combined cycle plant Download PDFInfo
- Publication number
- RU2395695C1 RU2395695C1 RU2008152158/06A RU2008152158A RU2395695C1 RU 2395695 C1 RU2395695 C1 RU 2395695C1 RU 2008152158/06 A RU2008152158/06 A RU 2008152158/06A RU 2008152158 A RU2008152158 A RU 2008152158A RU 2395695 C1 RU2395695 C1 RU 2395695C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- water
- combustion
- turbine
- combustion chamber
- vapor
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E20/00—Combustion technologies with mitigation potential
- Y02E20/16—Combined cycle power plant [CCPP], or combined cycle gas turbine [CCGT]
Landscapes
- Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к теплоэнергетике, в частности к парогазовым установкам, работающим на смеси пара и продуктов сгорания топлива.The invention relates to a power system, in particular to combined-cycle plants operating on a mixture of steam and fuel combustion products.
Известен способ работы газотурбинной установки, заключающийся в сжатии воздуха, сжигании в нем топлива, смешивании полученных продуктов сгорания с дополнительным сжатым воздухом и отбором части продуктов сгорания после их расширения в турбине и совместном их сжатии с дополнительно сжимаемым воздухом при одновременном уменьшении расхода последнего (см. авторское свидетельство SU №1744290, кл. F02С 3/34, 30.06.1992).There is a known method of operation of a gas turbine installation, which consists in compressing air, burning fuel in it, mixing the resulting combustion products with additional compressed air and taking part of the combustion products after their expansion in the turbine and their joint compression with additional compressible air while reducing the flow rate of the latter (see copyright certificate SU No. 1744290,
Данный способ, хотя и осуществляет рациональный процесс сгорания, но требует дополнительной энергии для дополнительно сжимаемого воздуха, что снижает КПД процесса.This method, although it implements a rational combustion process, but requires additional energy for additionally compressed air, which reduces the efficiency of the process.
Известен способ работы парогазовой установки, включающий образование рабочей парогазовой смеси, расширение последней в турбине с совершением работы, осушение потока парогазовой смеси путем введения в него воды с температурой ниже температуры конденсации воды в парогазовой смеси, удаление осушенных газов и отвод конденсата (см. авторское свидетельство SU №547121, кл. F01К 21/04, 07.12.1982).There is a known method of operation of a combined cycle plant, including the formation of a working combined cycle gas, expanding the latter in a turbine to do work, draining the combined gas and steam stream by introducing water at a temperature below the condensation temperature of the combined gas, removing the dried gases and draining the condensate (see copyright certificate SU No. 547121, class F01K 21/04, 12/07/1982).
Однако при данном способе работы установки имеют место большие потери теплоты (скрытая теплота парообразования), так как не вся вода удаляется из парогазовой смеси и воды из-за недоохлаждения парогазовой смеси, поскольку необходимо подать значительно большое количество холодной воды, что, в свою очередь, приводит к тому, что сливаемая вода из конденсатора будет также холодной, а значит теплота, возвращаемая через утилизационный контур, будет уменьшена, т.е. больше тепла будет потеряно в окружающую среду и еще больше энергии необходимо будет затратить для получения холодной воды.However, with this method of operation of the installation, there are large heat losses (latent heat of vaporization), since not all water is removed from the gas-vapor mixture and water due to undercooling of the gas-vapor mixture, since it is necessary to supply a significantly large amount of cold water, which, in turn, leads to the fact that the drained water from the condenser will also be cold, which means that the heat returned through the recycling circuit will be reduced, i.e. more heat will be lost to the environment and more energy will need to be spent to produce cold water.
Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ работы парогазовой установки, заключающийся в том, что компрессором сжимают окружающий воздух, который подают в зону горения камеры сгорания, в которую одновременно подают топливо, в последней топливо смешивают со сжатым воздухом и полученную горючую смесь сжигают, полученные в виде газовой смеси продукты сгорания смешивают с водяным паром с получением на выходе из камеры сгорания в качестве парогазовой смеси - рабочего парогазообразного тела, которое направляют в турбину, в которой энергию потока парогазовой смеси преобразуют в механическую энергию вращения ротора турбины, посредством которого приводят во вращение ротор компрессора и ротор электрогенератора для выработки последним электрической энергии (см. патент RU №2208684, кл. F01К 21/04, 20.07.2003).The closest to the invention in technical essence and the achieved result is the method of operation of a combined cycle plant, which consists in compressing ambient air, which is supplied to the combustion zone of the combustion chamber, which simultaneously supplies fuel, in the latter the fuel is mixed with compressed air and the resulting fuel the mixture is burned; the combustion products obtained in the form of a gas mixture are mixed with water vapor to obtain, as the vapor-gas mixture, a working vapor-gas mixture at the outlet of the combustion chamber ate, which is sent to a turbine, in which the energy of the vapor-gas mixture flow is converted into mechanical energy of rotation of the turbine rotor, by means of which the compressor rotor and the electric generator rotor are rotated to generate electric energy (see patent RU No. 2208684, class F01K 21/04 , 07.20.2003).
Данный способ, хотя и осуществляет подачу воды в камеру сгорания, но не обеспечивает в полной мере использование энергии парогазовой смеси за его выходом из турбины, что сужает возможности известного способа работы парогазовой установки.This method, although it delivers water to the combustion chamber, but does not fully utilize the energy of the gas-vapor mixture at its exit from the turbine, which narrows the possibilities of the known method of operation of a gas-vapor plant.
Задача изобретения - уменьшение потерь энергии парогазового потока.The objective of the invention is to reduce the energy loss of the gas-vapor stream.
Технический результат заключается в увеличении полезной мощности турбины и снижении выбросов продуктов сгорания в окружающую среду с соответствующим увеличением экологической безопасности работы парогазовой установки.The technical result consists in increasing the useful power of the turbine and reducing emissions of combustion products into the environment with a corresponding increase in the environmental safety of the combined cycle plant.
Указанная задача решается, а технический результат достигается за счет того, что способ работы парогазовой установки заключается в том, что компрессором сжимают окружающий воздух, который подают в зону горения камеры сгорания, в которую одновременно подают топливо, в последней топливо смешивают со сжатым воздухом и полученную горючую смесь сжигают, полученные в виде газовой смеси продукты сгорания смешивают с водяным паром с получением на выходе камеры в качестве парогазовой смеси - рабочего парогазообразного тела, которое направляют в турбину, в которой энергию потока парогазовой смеси преобразуют в механическую энергию вращения ротора турбины, посредством которого приводят во вращение ротор компрессора и ротор электрогенератора для выработки последним электрической энергии, при этом установку снабжают дополнительным компрессором, теплообменником, конденсатором, питательным насосом, блоком разделения несконденсировавшихся газообразных продуктов сгорания и емкостью-накопителем, при этом в компрессоре сжимают только достаточное для полного сгорания топлива количество воздуха, на охлаждение стенок камеры сгорания и далее в зону смешения камеры сгорания подают воду, предварительно нагретую в теплообменнике теплом сжатых в дополнительном компрессоре несконденсировавшихся газообразных продуктов сгорания, или воду, нагретую теплом сжатых несконденсировавшихся газообразных продуктов сгорания совместно с теплом воды, нагретой в охлаждаемых ею лопатках турбины, если последнее конструктивно предусмотрено, образованный в камере сгорания водяной пар смешивают с продуктами сгорания с формированием на выходе из камеры сгорания потока парогазовой смеси с заданной температурой перед сопловым аппаратом первой ступени турбины, причем давление на выходе турбины поддерживают не выше 0,04-0,07 бар, а температуру на выходе из турбины поддерживают близкой к температуре насыщения водяного пара, из турбины отработавшую в ней парогазовую смесь направляют в конденсатор, выполненный с выходом для воды, полученной из сконденсированного пара парогазовой смеси, и выходом для несконденсировавшихся газообразных продуктов сгорания, которые из конденсатора направляют на вход дополнительного компрессора для сжатия их до атмосферного давления, часть воды из конденсатора направляют в емкость-накопитель, а остальную часть воды направляют в теплообменник для ее нагрева теплом сжатых в дополнительном компрессоре несконденсировавшихся газообразных продуктов сгорания, откуда нагретую воду вновь подают на охлаждение стенок камеры сгорания и далее в зону смешения камеры сгорания, при этом, если это предусмотрено, часть воды из теплообменника подают для охлаждения лопаток турбины, а затем нагретую в лопатках турбины воду смешивают в смесителе с водой, не подаваемой на охлаждение лопаток, и полученную нагретую воду подают на охлаждение стенок камеры сгорания и далее в зону смешения камеры сгорания, из теплообменника сжатые и нагретые в дополнительном компрессоре газообразные продукты сгорания подают в блок разделения несконденсировавшихся газообразных продуктов сгорания с выделением из них азота, кислорода и углекислого газа, которые подают по назначению потребителю этих газов или выбрасывают в атмосферу.This problem is solved, and the technical result is achieved due to the fact that the method of operation of a combined-cycle plant consists in compressing ambient air, which is supplied to the combustion zone of the combustion chamber, which simultaneously supplies fuel, in the latter the fuel is mixed with compressed air and the resulting the combustible mixture is burned; the combustion products obtained in the form of a gas mixture are mixed with water vapor to obtain, at the outlet of the chamber, a gas-vapor mixture, a working vapor-gas body, which is sent to a turbine in which the energy of the vapor-gas mixture flow is converted into mechanical energy of rotation of the turbine rotor, by means of which the compressor rotor and the electric generator rotor are rotated to generate the last electric energy, the installation is equipped with an additional compressor, heat exchanger, condenser, feed pump, non-condensable gaseous separation unit the combustion products and the storage tank, while the compressor compresses only enough to completely burn the fuel In order to cool the walls of the combustion chamber and then to the mixing zone of the combustion chamber, water is preliminarily heated in the heat exchanger by heat of non-condensed gaseous products of compression compressed in an additional compressor, or water heated by heat of compressed non-condensed gaseous products of combustion together with the heat of water heated in the cooled the turbine blades, if the latter is structurally provided, the water vapor formed in the combustion chamber is mixed with the combustion products to form m at the outlet of the combustion chamber of the gas-vapor mixture stream with a predetermined temperature in front of the nozzle apparatus of the first stage of the turbine, the pressure at the outlet of the turbine being maintained no higher than 0.04-0.07 bar, and the temperature at the outlet of the turbine being kept close to the saturation temperature of water vapor, from the turbine the steam-gas mixture spent in it is directed to a condenser made with an outlet for water obtained from the condensed steam of the gas-vapor mixture and an outlet for non-condensed gaseous products of combustion, which are from the condensate the ator is directed to the inlet of the additional compressor to compress them to atmospheric pressure, part of the water from the condenser is sent to the storage tank, and the rest of the water is sent to the heat exchanger to heat it with the non-condensed gaseous products of combustion compressed in the additional compressor, from which the heated water is again fed for cooling walls of the combustion chamber and further into the mixing zone of the combustion chamber, while, if provided, part of the water from the heat exchanger is fed to cool the turbine blades, and then water heated in the turbine blades is mixed in a mixer with water not supplied for cooling the blades, and the heated water obtained is fed to cool the walls of the combustion chamber and then to the combustion chamber mixing zone, gaseous combustion products compressed and heated in an additional compressor are fed to the separation unit non-condensing gaseous products of combustion with the release of nitrogen, oxygen and carbon dioxide from them, which are supplied to the consumer for these gases or emitted into the atmosphere.
В ходе проведенного исследования работы различного вида парогазовых установок была выявлена возможность работы парогазовой установки, при которой компрессор сжимает только то количество воздуха, которое достаточно для полного сгорания топлива в камере сгорания, при этом расширение в турбине производят до давления 0,04-0,07 бар, а температуру на выходе из турбины поддерживают близкой к температуре насыщения водяного пара, при этом вместо вторичного воздуха в зону смешения камеры сгорания подают воду с получением насыщенного пара с давлением, равным давлению воздуха за компрессором, при этом работа по увеличению напора воды до необходимого давления более чем на порядок ниже работы по сжатию эквивалентного количества вторичного воздуха, тепло несконденсировавшихся газообразных продуктов сгорания используется для подогрева воды, поступающей в камеру сгорания, а вода из конденсатора в схеме с охлаждаемым лопаточным аппаратом турбины является охладителем лопаток, углекислый газ, образовавшийся при сгорании топлива, азот и кислород сжимаются в дополнительном компрессоре до атмосферного давления и при необходимости могут быть разделены в дальнейшем для подачи потребителю этих газов. Поскольку количество водяного пара, требуемое для понижения температуры продуктов сгорания, меньше, чем количество вторичного воздуха из-за того, что теплоемкость водяного пара в диапазоне температур 900-2000°С почти в два раза выше теплоемкости воздуха, достигнуто уменьшение более чем в 3 раза расхода сжатого воздуха, полученного в компрессоре, что соответственно позволило снизить затраты энергии на привод компрессора.In the course of the study of the operation of various types of combined-cycle plants, the possibility of a combined-cycle plant, in which the compressor only compresses the amount of air that is sufficient for complete combustion of the fuel in the combustion chamber, was revealed, while the expansion in the turbine is carried out to a pressure of 0.04-0.07 bar, and the temperature at the outlet of the turbine is maintained close to the saturation temperature of water vapor, while instead of secondary air, water is fed into the mixing zone of the combustion chamber to obtain saturated steam with pressure equal to the air pressure behind the compressor, while the work to increase the water pressure to the required pressure is more than an order of magnitude lower than the work to compress the equivalent amount of secondary air, the heat of non-condensing gaseous products of combustion is used to heat the water entering the combustion chamber, and the water from the condenser in the circuit with a cooled turbine blade apparatus, it is a blade cooler, carbon dioxide formed during fuel combustion, nitrogen and oxygen are compressed in an additional compressor for about atmospheric pressure and, if necessary, can be further divided for supplying these gases to the consumer. Since the amount of water vapor required to lower the temperature of the combustion products is less than the amount of secondary air due to the fact that the heat capacity of water vapor in the temperature range 900-2000 ° C is almost two times higher than the heat capacity of air, a decrease of more than 3 times is achieved the flow of compressed air received in the compressor, which accordingly allowed to reduce energy costs for the compressor drive.
На фиг.1 представлена схема парогазовой установки без охлаждения водой лопаток турбины.Figure 1 presents a diagram of a combined cycle plant without cooling the turbine blades with water.
На фиг.2 представлена схема парогазовой установки с охлаждением водой лопаток турбины.Figure 2 presents a diagram of a combined-cycle plant with water cooling of the turbine blades.
Парогазовая установка содержит компрессор 1, камеру сгорания 2, турбину 3 с лопатками 4, электрогенератор 5, конденсатор 6, дополнительный компрессор 7, теплообменник 8, блок разделения несконденсировавшихся газообразных продуктов сгорания 9, смеситель 10, емкость-накопитель 11 и питательный насос 12. Блоки очистки и подготовки питательной воды на чертежах не показаны. Компрессор 1 выходом сжатого воздуха подключен к камере сгорания 2, которая подключена к выходу воды из теплообменника 8. Выходом парогазовой смеси камера сгорания 2 подключена к турбине 3. Конденсатор 6 входом подключен к выходу из турбины 3, выходом для несконденсировавшихся газообразных продуктов сгорания к входу дополнительного компрессора 7 и выходом для воды - к питательному насосу 12, выходом из питательного насоса ко входу в теплообменник 8 и емкости-накопителю 11.The combined-cycle plant contains a compressor 1, a
Парогазовая установка работает следующим образом.Combined-cycle plant operates as follows.
Компрессором 1 сжимают достаточное для полного сгорания топлива количество воздуха, который подают в зону горения камеры сгорания 2, в которую одновременно подают топливо и воду для охлаждения стенок камеры сгорания 2. В камере сгорания 2 топливо смешивают со сжатым воздухом и полученную горючая смесь сжигают. Одновременно в камеру сгорания 2 вводят поданную в нее для охлаждения ее стенок воду. Последняя при контакте с продуктами сгорания испаряется и в виде водяного пара смешивается с продуктами сгорания с образованием парогазовой смеси, которую в качестве рабочего парогазообразного тела направляют в турбину 3. Энергию потока парогазовой смеси в турбине 3 преобразуют в механическую энергию вращения ротора турбины 3, посредством которого приводят во вращение ротор компрессора 1, ротор электрогенератора 5 для выработки последним электрической энергии. В зону смешения камеры сгорания 2 подают воду, предварительно нагретую в теплообменнике 8 теплом сжатых в дополнительном компрессоре 7 газообразных продуктов сгорания (см. фиг.1) или теплом воды, нагретой продуктами сгорания совместно с теплом воды, нагретой в охлаждаемых ею лопатках 4 турбины 3, если последнее конструктивно предусмотрено (см. фиг.2).A sufficient amount of air is compressed by compressor 1 to completely burn the fuel, which is supplied to the combustion zone of the
На выходе из камеры сгорания 2 путем смешения водяного пара с продуктами сгорания горючей смеси потока формируют путем регулировки количества подаваемой в камеру сгорания 2 воды, парогазовую смесь с заданной и определяемой конструктивными особенностями выполнения лопаток лопаточного аппарата турбины 3, температурой перед сопловым аппаратом первой ступени турбины 3, причем давление на выходе турбины 3 поддерживается не выше 0,04-0,07 бар, а температуру на выходе из турбины 3 поддерживают близкой к температуре насыщения водяного пара.At the outlet of the
Из турбины 3 отработавшую в ней парогазовую смесь направляют в конденсатор 6. Несконденсировавшиеся газообразные продукты сгорания из конденсатора 6 направляют на вход дополнительного компрессора 7 для сжатия продуктов сгорания до атмосферного давления. Часть воды из конденсатора 6 направляют в емкость-накопитель 11, а остальную часть воды направляют в теплообменник 8 для ее нагрева теплом сжатых в дополнительном компрессоре 7 несконденсировавшихся газообразных продуктов сгорания, откуда нагретую воду вновь подают на охлаждение стенок камеры сгорания 2 и далее в зону смешения камеры сгорания 2. Как отмечалось выше (см. фиг.2), если это предусмотрено, часть воды из теплообменника 8 подают для охлаждения лопаток 4 турбины 3, а затем нагретую в лопатках 4 турбины 3 воду смешивают в смесителе 10 с водой, не подаваемой на охлаждение лопаток 4. Полученную нагретую воду подают из теплообменника 8 на охлаждение стенок камеры сгорания 2 и далее в зону смешения камеры сгорания 2, замыкая таким образом контур циркуляции воды в парогазовой установке. Конденсатор 6 охлаждают от внешнего источника, например, подаваемой насосом водой или нагнетаемым вентилятором воздухом (на чертеже не показано). Из теплообменника 8 сжатые и нагретые в дополнительном компрессоре 7 несконденсировавшиеся газообразные продукты сгорания подают в блок разделения несконденсировавшихся газообразных продуктов сгорания 9 с выделением из них азота, кислорода и углекислого газа, которые подаются по назначению потребителю этих газов или, если нет потребности в этих газах, выбрасывают в атмосферу. Полученную в виде побочного продукта воду, накопленную в емкости-накопителе 11, можно использовать по назначению в районах с дефицитом воды.From the
Настоящее изобретение может быть использовано в энергетике и других отраслях промышленности, где используют газотурбинные установки с парогазовым циклом.The present invention can be used in energy and other industries where gas-turbine units with a combined cycle are used.
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2008152158/06A RU2395695C1 (en) | 2008-12-29 | 2008-12-29 | Operating method of combined cycle plant |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2008152158/06A RU2395695C1 (en) | 2008-12-29 | 2008-12-29 | Operating method of combined cycle plant |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2395695C1 true RU2395695C1 (en) | 2010-07-27 |
Family
ID=42698107
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2008152158/06A RU2395695C1 (en) | 2008-12-29 | 2008-12-29 | Operating method of combined cycle plant |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2395695C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN115333329A (en) * | 2022-06-23 | 2022-11-11 | 北京航天试验技术研究所 | Double-evaporation condensation circulating cooling device and method for high-temperature superconducting motor of hydrogen energy airplane |
-
2008
- 2008-12-29 RU RU2008152158/06A patent/RU2395695C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN115333329A (en) * | 2022-06-23 | 2022-11-11 | 北京航天试验技术研究所 | Double-evaporation condensation circulating cooling device and method for high-temperature superconducting motor of hydrogen energy airplane |
CN115333329B (en) * | 2022-06-23 | 2023-04-07 | 北京航天试验技术研究所 | Double-evaporation condensation circulating hydrogen energy aircraft high-temperature superconducting motor cooling device and method |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN101287893A (en) | Method for increasing the efficiency of a combined gas/steam power station with integrated gasification combined cycle | |
RU2009139900A (en) | METHOD FOR ENERGY PRODUCTION USING A GAS TURBINE OPERATING ON SOLID FUEL AND USING FUEL GAS HEAT, AND EQUIPMENT FOR IMPLEMENTING THIS METHOD | |
RU2273741C1 (en) | Gas-steam plant | |
RU2412359C1 (en) | Operating method of combined cycle plant | |
RU2409746C2 (en) | Steam-gas plant with steam turbine drive of compressor and regenerative gas turbine | |
RU2395695C1 (en) | Operating method of combined cycle plant | |
RU2411368C2 (en) | Operating method of power plant with gas turbine unit | |
RU2611138C1 (en) | Method of operating combined-cycle power plant | |
RU2405943C1 (en) | Operating method of combined cycle plant | |
RU2561770C2 (en) | Operating method of combined-cycle plant | |
RU2693567C1 (en) | Method of operation of steam-gas plant of power plant | |
RU2476690C2 (en) | Method of combined cycle plant operation | |
RU2620610C1 (en) | Work method of combined cycle gas turbine power plant | |
WO2012162922A1 (en) | Gas and steam turbine system | |
RU2625892C1 (en) | Method of operation of steam gas plant operating with use of steam cooling | |
RU2555609C2 (en) | Combined cycle cooling unit operating method and device for its implementation | |
RU2740670C1 (en) | Method of operation of steam-gas plant of power plant | |
RU2791066C1 (en) | Method for operation of the power gas turbine expander installation of the heat power plant | |
RU2791380C1 (en) | Method for operation of gas turbine gas pumping unit and device for its implementation | |
RU2814174C1 (en) | Oxygen-fuel power plant for co-production of electricity and hydrogen | |
RU2709587C1 (en) | Operating method of combined-cycle plant operating with steam cooling | |
RU2756880C1 (en) | Combined gas and steam unit of a power plant with parallel operation | |
RU2775732C1 (en) | Oxygen-fuel power plant | |
RU2791638C1 (en) | Gas-steam power plant | |
RU2783424C1 (en) | Combined-cycle plant with a steam turbine compressor drive, a regenerative air heater and a high-pressure steam generator |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20191230 |