RU2544397C2 - Improvement method of efficient operation of gas turbine plant - Google Patents

Improvement method of efficient operation of gas turbine plant Download PDF

Info

Publication number
RU2544397C2
RU2544397C2 RU2013109373/06A RU2013109373A RU2544397C2 RU 2544397 C2 RU2544397 C2 RU 2544397C2 RU 2013109373/06 A RU2013109373/06 A RU 2013109373/06A RU 2013109373 A RU2013109373 A RU 2013109373A RU 2544397 C2 RU2544397 C2 RU 2544397C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
air
cooling
temperature
gas turbine
antifreeze
Prior art date
Application number
RU2013109373/06A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2013109373A (en
Inventor
Александр Алексеевич Белоглазов
Михаил Наумович Ночевник
Original Assignee
Александр Алексеевич Белоглазов
Михаил Наумович Ночевник
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Александр Алексеевич Белоглазов, Михаил Наумович Ночевник filed Critical Александр Алексеевич Белоглазов
Priority to RU2013109373/06A priority Critical patent/RU2544397C2/en
Publication of RU2013109373A publication Critical patent/RU2013109373A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2544397C2 publication Critical patent/RU2544397C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)

Abstract

FIELD: power industry.
SUBSTANCE: at operation of a gas turbine plant, cooling of compressed air in mixing chambers of a turbine compressor is performed by supply to the mixing chambers of an antifreeze non-freezing at subzero environmental temperatures in the form of drops with the size of 20-500 mcm and full removal of the antifreeze from the mixing chambers by means of separation vortex devices after non-evaporating heating of the antifreeze. Non-evaporation by contact drop cooling of compressed air is provided with a cooling agent flow rate, at which air moisture content at the mixing chamber inlet is almost equal to that at its outlet. Besides, isothermality of a combustion process is maintained within 1-10°C. The heated antifreeze removed from the mixing chambers is supplied for repeated circulation by having pre-cooled it with the ambient air in an independent heat exchange unit till the temperature is higher than the environmental temperature by 1-8°C.
EFFECT: invention allows improving efficiency of a gas turbine plant due to temperature decrease of isobaric cooling of compressed air in mixing chambers of a turbine compressor.
3 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области энергетики, в частности к газотурбинным установкам (ГТУ), работающим на твердом, жидком или газообразном топливе, в том числе на продуктах газификации угля, и является способом повышения эффективности работы газотурбинных установок за счет глубокого охлаждения сжатого в турбокомпрессоре воздуха с использованием отрицательных температур окружающей среды.The invention relates to the field of energy, in particular to gas turbine units (GTU) operating on solid, liquid or gaseous fuels, including coal gasification products, and is a way to increase the efficiency of gas turbine installations due to deep cooling of compressed air in a turbocompressor using negative ambient temperatures.

Все способы газотурбинных установок на органическом топливе основаны на использовании воздуха с температурой окружающей среды, но в зимних условиях полезные свойства низких температур используются не в полной мере, т.к. для охлаждения сжатого в компрессоре воздуха применяется в основном вода, которая из-за кристаллизации ее не может охлаждать воздух с отрицательной температурой.All methods of fossil gas turbine units are based on the use of air with an ambient temperature, but in winter conditions the useful properties of low temperatures are not fully used, because To cool the air compressed in the compressor, water is mainly used, which, due to its crystallization, cannot cool air with a negative temperature.

Известен способ испарительного охлаждения сжимаемого воздуха, или, что то же самое, способ влажного сжатия воздуха применительно к газотурбинной установке на угольном топливе, где предусмотрена тонкая очистка газифицированного топлива. (А.Е. Шейдлин, С.А. Медин, П.П. Иванов, А.А. Белоглазов. Термодинамика газотурбинной установки на угле с впрыском воды в компрессор. Перспективы энергетики. Т 5, с.135-142, 2002 г.). В работе приведены результаты оптимизационных расчетов схемы ГТУ с регенерацией тепла. В приведенных таблицах указаны параметры всех элементов схемы. Особое внимание уделено термодинамическому описанию процесса сжатия водо-воздушной смеси. Как показывают расчеты, испарительное охлаждение в компрессоре имеет существенный недостаток, например сжатый воздух до 2,5 МПа от температуры окружающей среды 292,2 К нельзя охладить более чем на 111,9 К, т.е. до 137,1°С. На такое сжатие по сравнению с изотермическим требуется дополнительная энергия. Кроме того, по сравнению с изотермическим сжатием регенерация тепла может быть осуществлена лишь частично, т.е. не в полной мере. Еще менее эффективно испарительное охлаждение при снижении температуры окружающей среды, тем более зимой. Испарительное охлаждение возможно лишь до полного насыщения воздуха влагой до температуры точки росы, а при понижении температуры, например температуры окружающей среды, понижается и температура точки росы. Кроме того, повышение влажности засасываемого воздуха турбокомпрессором также снижает эффект испарительного охлаждения. Еще одним существенным недостатком применяемого в современных ГТУ этого способа является безвозвратная потеря впрыскиваемой химически очищенной воды и вместе с ней потеря тепла скрытой теплоты парообразования, выбрасываемой вместе с дымовыми газами.A known method of evaporative cooling of compressed air, or, which is the same, a method of wet compression of air in relation to a gas turbine installation on coal fuel, which provides for fine cleaning of gasified fuel. (A.E. Sheidlin, S.A. Medin, P.P. Ivanov, A.A. Beloglazov. Thermodynamics of a coal-fired gas turbine unit with water injection into a compressor. Energy Prospects. T 5, pp. 135-142, 2002 .). The paper presents the results of optimization calculations of a gas turbine circuit with heat recovery. The tables below show the parameters of all circuit elements. Particular attention is paid to the thermodynamic description of the compression process of a water-air mixture. As calculations show, evaporative cooling in the compressor has a significant drawback, for example, compressed air up to 2.5 MPa from an ambient temperature of 292.2 K cannot be cooled by more than 111.9 K, i.e. up to 137.1 ° C. Such compression, in comparison with isothermal, requires additional energy. In addition, in comparison with isothermal compression, heat recovery can be carried out only partially, i.e. not fully. Evaporative cooling is even less effective while lowering the ambient temperature, especially in winter. Evaporative cooling is possible only until the air is completely saturated with moisture to the dew point temperature, and when the temperature is lowered, for example the ambient temperature, the dew point temperature also decreases. In addition, increasing the humidity of the intake air by the turbocharger also reduces the effect of evaporative cooling. Another significant drawback of this method used in modern gas turbines is the irretrievable loss of the injected chemically purified water and with it the heat loss of the latent heat of vaporization emitted together with the flue gases.

Известен способ охлаждения потока газа в многоступенчатом компрессоре (Патент РФ на изобретение 2069276, МПК 02С 3/30, 2006 г.), где предложено улучшение испаряемости капель в газодинамическом тракте благодаря их более мелкому дроблению за счет подмешивания к воде хладагента с температурой кипения ниже температуры кипения воды в количестве 0,6% от веса воды. Данный способ направлен, в основном, на устранение крупных более 20 мкм капель при впрыске в проточную часть турбокомпрессора. Существенным недостатком данного способа является безвозвратная потеря массы воды и ее присадок. Кроме указанной потери массы теряется еще скрытая теплота парообразования воды. Возврат указанных потерь является весьма сложным техническим решением.A known method of cooling a gas stream in a multi-stage compressor (RF Patent for the invention 2069276, IPC 02C 3/30, 2006), where it is proposed to improve the evaporation of droplets in a gasdynamic path due to their finer crushing due to mixing with water a refrigerant with a boiling point below the temperature boiling water in an amount of 0.6% by weight of water. This method is mainly aimed at eliminating large droplets of more than 20 microns when injected into the flow part of a turbocharger. A significant disadvantage of this method is the irretrievable loss of the mass of water and its additives. In addition to the indicated mass loss, the latent heat of water vaporization is also lost. The return of these losses is a very complex technical solution.

В патенте на изобретение RU 2153601, МПК 02С 3/23, 2000 г. представлен способ контактно-капельного безыспарительного охлаждения сжатого воздуха путем впрыска распыленной воды в проточную часть винтового компрессора. Винтовой компрессор (безлопаточный) в принципе неработоспособен без впрыска в проточную его часть какой-либо жидкости. Обычно впрыскивают вязкую жидкость, например масло. Масло заполняет технологические зазоры, за счет чего уменьшается или практически исключается обратный переток сжатого газа. Поскольку впрыскивается вода менее вязкая, чем масло, то в данном патенте представлен модернизированный винтовой компрессор с уменьшенными технологическими зазорами. Благодаря тому, что винтовой компрессор не имеет лопаток, которые при впрыске жидкости подвержены эрозионному износу, то винтовой компрессор рассчитан так, что впрыскивание охлаждающей воды не вредит его работоспособности, и впрыск осуществляют так, чтобы не происходило никакого испарения. В этом случае охлаждающая вода не расходуется, она подается в таком количестве и с такой температурой, что температура газа на выходе может быть меньше температуры газа на входе или равна ей, т.е. достигается практически изотермическое сжатие. Несмотря на благоприятные возможности охлаждения, винтовые компрессоры имеют низкий внутренний относительный (или адиабатный) КПД, кроме того имеют ограниченную производительность, что препятствует их применению в энергетике.In the patent for invention RU 2153601, IPC 02C 3/23, 2000, a method of contact-drop non-evaporative cooling of compressed air by injection of sprayed water into the flow part of a screw compressor is presented. A screw compressor (bezlopatochny), in principle, is inoperative without injection into the flowing part of any liquid. A viscous liquid, such as oil, is usually injected. Oil fills technological gaps, due to which the backflow of compressed gas is reduced or practically eliminated. Since water is injected less viscous than oil, this patent provides an upgraded screw compressor with reduced technological gaps. Due to the fact that the screw compressor does not have blades that are subject to erosion during liquid injection, the screw compressor is designed so that the injection of cooling water does not harm its performance, and the injection is carried out so that no evaporation occurs. In this case, cooling water is not consumed, it is supplied in such an amount and with such a temperature that the temperature of the gas at the outlet can be less than or equal to the temperature of the gas at the inlet, i.e. practically isothermal compression is achieved. Despite the favorable cooling capabilities, screw compressors have low internal relative (or adiabatic) efficiency, in addition, they have limited performance, which prevents their use in the energy sector.

Наиболее близким техническим решением к заявленному является способ охлаждения сжатого воздуха в турбокомпрессоре, который реализован в известной газотурбинной установке (Патент РФ 2278286, МПК 02С 3/30, 2006 г.). Данная ГТУ содержит газификатор угля, систему очистки продуктов газификации, камеру сгорания, газовую турбину, по крайней мере, один рекуперативный теплообменник и воздушный компрессор с системой подачи воды в его газовый тракт. В этой газотурбинной установке установлен воздушный многоступенчатый турбокомпрессор, снабженный, по крайней мере, одной смесительной камерой, установленной между корпусами различных ступеней и/или на выходе корпуса последней ступени компрессора перед теплообменником на выхлопе из газовой турбины, выполненной в виде кольцевой цилиндрической полости, размещенной в газовом тракте многоступенчатого компрессора симметрично относительно его оси. Размер смесительной камеры выполнен увеличенным в радиальном направлении по сравнению с размером корпуса примыкающей ступени компрессора, а смесительная камера снабжена средствами впрыска воды, дренирования неиспарившейся воды и средствами для организации вихревого течения паровоздушного потока в направлении вращения лопаточного аппарата компрессора, выполненными преимущественно в виде направляющих элементов в форме ленточных спиралей. Камера сгорания выполнена с возможностью работы на жидком или газообразном топливе, при этом выход многоступенчатого компрессора соединен через рекуперативный теплообменник на выходе газовой турбины через запорный вентиль с входом камеры сгорания. В этом устройстве используется испарительный способ охлаждения сжатого в компрессоре воздуха, поступающего из окружающей среды. Охлаждение производится водой, которая постоянно подается в смесительные камеры компрессора. Основная часть воды испаряется и выносится в газовую турбину, остальная дренируется и используется в газообразовательном процессе газогенератора.The closest technical solution to the claimed one is a method of cooling compressed air in a turbocharger, which is implemented in a well-known gas turbine installation (RF Patent 2278286, IPC 02C 3/30, 2006). This gas turbine contains a coal gasifier, a gasification product cleaning system, a combustion chamber, a gas turbine, at least one recuperative heat exchanger and an air compressor with a water supply system to its gas path. In this gas turbine installation, an air multi-stage turbocharger is installed, equipped with at least one mixing chamber installed between the housings of various stages and / or at the outlet of the housing of the last compressor stage in front of the heat exchanger on the exhaust from the gas turbine, made in the form of an annular cylindrical cavity located in the gas path of a multistage compressor is symmetrical about its axis. The size of the mixing chamber is made increased in the radial direction compared to the size of the housing of the adjacent compressor stage, and the mixing chamber is equipped with water injection, drainage of unevaporated water and means for organizing the vortex flow of the vapor-air flow in the direction of rotation of the compressor blade apparatus, made mainly in the form of guide elements in the form of tape spirals. The combustion chamber is configured to operate on liquid or gaseous fuel, while the output of the multi-stage compressor is connected through a recuperative heat exchanger at the outlet of the gas turbine through a shut-off valve to the input of the combustion chamber. This device uses an evaporative method of cooling the compressed air coming from the environment from the compressor. Cooling is done by water, which is constantly supplied to the mixing chambers of the compressor. The main part of the water evaporates and is discharged into the gas turbine, the rest is drained and used in the gas-generating process of the gas generator.

Целью предложенного технического решения является повышение эффективности газотурбинной установки за счет снижения температуры изобарного охлаждения сжатого воздуха в смесительных камерах турбокомпрессора, которое осуществляют путем подачи в смесительные камеры незамерзающего при минусовых температурах окружающей среды антифриза в виде капель размером 20-500 мкм. Данное изобретение применимо для ГТУ, работающих на твердом, жидком или газообразном топливе.The aim of the proposed technical solution is to increase the efficiency of a gas turbine installation by lowering the temperature of isobaric cooling of compressed air in the mixing chambers of a turbocompressor, which is carried out by supplying antifreeze in the form of droplets with a size of 20-500 μm to the mixing chambers that are not freezing at low ambient temperatures. This invention is applicable to gas turbines operating on solid, liquid or gaseous fuels.

Технический результат достигается при реализации данного способа охлаждения сжатого в турбокомпрессоре газотурбинной установки воздуха, включающий ступенчатое сжатие воздуха в многоступенчатом турбокомпрессоре, подачу антифриза в виде капель размером 20-500 мкм в смесительные камеры турбокомпрессора и полный вывод антифриза из смесительных камер с помощью сепарационно-вихревых устройств после безыспарительного нагрева антифриза, а выведенный из смесительных камер нагретый антифриз направляют в повторный оборот, предварительно охлаждая его воздухом окружающей среды в автономном теплообменном устройстве до температуры выше, чем температура окружающей среды на 1-8°C, при этом безыспарительность охлаждения обеспечивается расходом поступающего в смесительные камеры антифриза при выполнении условия:The technical result is achieved by implementing this method of cooling compressed air in a turbocharger of a gas turbine compressor unit, including stepwise air compression in a multistage turbocharger, supplying antifreeze in the form of droplets of 20-500 microns in size to the mixing chambers of the turbocharger and complete removal of antifreeze from the mixing chambers using separation-vortex devices after non-evaporative heating of the antifreeze, and the heated antifreeze removed from the mixing chambers is sent to a second revolution, previously cooled zhdaya its ambient air heat exchange standalone device to a temperature higher than the ambient temperature at 1-8 ° C, with cooling provided bezysparitelnost flow entering the mixing chamber antifreeze when the condition:

d вых.в ≤d вх.в,d output in ≤d input in

где d вых.в - влагосодержание воздуха на выходе из смесительной камерыwhere d o.v - moisture content of air at the outlet of the mixing chamber

d вх.в - влагосодержание воздуха на входе в смесительную камеру;d vh.v - moisture content of air at the inlet to the mixing chamber;

d - отношение веса влаги во влажном воздухе к весу сухого воздуха в том же объеме, г/кг,d is the ratio of the weight of moisture in moist air to the weight of dry air in the same volume, g / kg,

при этом регулируя расход антифриза и поддерживая безыспарительность охлаждения во всех камерах, добиваются практически изотермического процесса, контролируя и поддерживая отклонения температур в конце первой и последней смесительных камер в пределах 0-10°C.at the same time, by regulating the flow rate of antifreeze and maintaining cooling non-deterioration in all chambers, they achieve an almost isothermal process by controlling and maintaining temperature deviations at the end of the first and last mixing chambers within 0-10 ° C.

В качестве охлаждающей жидкости могут быть использованы антифризы, растворяющиеся в воде и имеющие температуру кипения выше, чем температура кипения воды при одних и тех давлениях, например 20-60%-ный раствор этиленгликоля или пропиленгликоля.Antifreezes that dissolve in water and have a boiling point higher than the boiling point of water at the same pressures, for example, a 20-60% solution of ethylene glycol or propylene glycol, can be used as a coolant.

При работе газотурбинной установки на угольном топливе в ней используется автономная регулируемая подача воды в газификатор, пропускаемая через регулировочный вентиль в регенеративный воздухоподогреватель и теплообменник, предназначенный для охлаждения выработанного в газификаторе синтез-газа перед фильтром тонкой очистки, при этом поддерживают температуру синтез-газа перед фильтром тонкой очистки не более 870 К, а температуру на выходе газификатора, не более 1123 К.When operating a coal-fired gas turbine unit, it uses an autonomous controlled water supply to the gasifier, which is passed through the control valve to the regenerative air heater and heat exchanger, designed to cool the synthesis gas generated in the gasifier before the fine filter, while maintaining the temperature of the synthesis gas in front of the filter fine cleaning no more than 870 K, and the temperature at the outlet of the gasifier, no more than 1123 K.

Процесс охлаждения сжатого воздуха по данному способу происходит следующим образом. При работе газотурбинной установки поступающий в турбокомпрессор наружный воздух с температурой окружающей среды последовательно претерпевает ступенчатое сжатие в многоступенчатом турбокомпрессоре. В смесительные камеры турбокомпрессора подается антифриз в капельном виде (размер капель составляет 20-500 мкм) и под воздействием вихревых устройств капли, смешиваясь со сжатым воздухом, охлаждают его. Расход антифриза устанавливается с помощью регулирующих вентилей впрыска и циркуляционного насоса таким, чтобы в охладительных камерах обеспечить безыспарительный режим охлаждения воздуха, при этом осуществляется контроль и поддерживается отклонение температуры воздуха в пределах 0-10°C в конце первой и последней смесительных камер. Нагретый антифриз в сепарационных устройствах смесительных камер полностью отделяется от воздуха и через вентили вывода антифриз направляется в замкнутый гидравлический контур для повторного использования, в котором он под действием циркуляционного насоса пропускается через теплообменное устройство, предназначенное для охлаждения нагретого антифриза воздухом окружающей среды до температуры выше температуры окружающего воздуха на 1-8°C, и поступает повторно в смесительные камеры.The cooling process of compressed air according to this method is as follows. During the operation of a gas turbine installation, the outside air entering the turbocharger with ambient temperature successively undergoes step compression in a multistage turbocharger. Antifreeze is supplied in the droplet form into the mixing chambers of the turbocompressor (droplet size is 20-500 microns) and, under the influence of vortex devices, the droplets mix with compressed air and cool it. The antifreeze flow rate is set using the injection control valves and the circulation pump so that in the cooling chambers a non-evaporative air cooling mode is ensured, while monitoring and maintaining the air temperature deviation of 0-10 ° C at the end of the first and last mixing chambers. The heated antifreeze in the separation devices of the mixing chambers is completely separated from the air and through the outlet valves the antifreeze is sent to a closed hydraulic circuit for reuse, in which it is passed through a heat exchange device designed to cool the heated antifreeze with ambient air to a temperature above ambient temperature air at 1-8 ° C, and enters again into the mixing chambers.

Для иллюстрации эффективности работы приведенной схемы газотурбинной установки на природном газе были проведены расчеты для температуры окружающей среды -35°C.To illustrate the efficiency of the above scheme of a natural gas turbine plant, calculations were carried out for an ambient temperature of -35 ° C.

Температура и давление на входе составляет соответственно 1600 К и 0,89 МПа. Внутренний КПД газовой турбины 0,89, а компрессора 0,86. Тепловой напор при регенерации тепла принят равным 37°C. Для безыспарительного охлаждения сжатого воздуха в охладительных камерах принят 60%-ный раствор этиленгликоля в химически очищенной воде (антифриз). Воздух в охладительных камерах охлаждается с 300 К до 251 К за счет нагрева антифриза на 8 градусов. На указанное охлаждение 1 кг воздуха расходуется 1,75 кг антифриза для одной камеры охлаждения.The inlet temperature and pressure are 1600 K and 0.89 MPa, respectively. The internal efficiency of the gas turbine is 0.89, and the compressor is 0.86. The heat head during heat recovery is assumed to be 37 ° C. For non-evaporative cooling of compressed air in cooling chambers, a 60% solution of ethylene glycol in chemically purified water (antifreeze) was adopted. The air in the cooling chambers is cooled from 300 K to 251 K by heating the antifreeze by 8 degrees. The indicated cooling of 1 kg of air consumes 1.75 kg of antifreeze for one cooling chamber.

Из расчетов следует, что, например, для хладагента этиленгликоля, растворенного в воде с концентрацией хладагента 60%, КПД установки составил 66%, мощность на 1 кг рабочего тела 0,468 МВт. Температура выхлопа -337 К (64°C), что в настоящее время считается оптимальным температурным уровнем выброса дымовых газов в атмосферу.From the calculations it follows that, for example, for a refrigerant of ethylene glycol dissolved in water with a refrigerant concentration of 60%, the efficiency of the installation was 66%, the capacity per 1 kg of the working fluid is 0.468 MW. The exhaust temperature is -337 K (64 ° C), which is currently considered the optimal temperature level for the emission of flue gases into the atmosphere.

Пример реализации предлагаемого способа представлен на схеме газотурбинной установки (фиг.1).An example of the implementation of the proposed method is presented in the diagram of a gas turbine installation (figure 1).

Работа газотурбинной установки возможна на газообразном и жидком топливе, а также при использовании синтез-газа, вырабатываемого в газификаторе угля 1, из которого полученный синтез-газ охлаждают в теплообменнике рекуперативного типа 2, очищают с помощью фильтра тонкой очистки 3 и подают в камеру сгорания 4 для последующего использования продуктов сгорания в газовой турбине 5. Автономный трубопровод 6, по которому подается вода от вентиля 7 в газогенератор 1 для образования синтез-газа, включен только при использовании угля в качестве топлива. Другой компонент топливной смеси - воздух поступает из турбокомпрессора 8 в камеру сгорания 4 только после его нагрева в теплообменнике 2. Перед фильтром тонкой очистки 3 и на выходе газификатора 1 установлены контрольные приборы (на фиг.1 не показаны) для измерения температуры синтез-газа.The operation of a gas turbine installation is possible on gaseous and liquid fuels, as well as using synthesis gas produced in a coal gasifier 1, from which the resulting synthesis gas is cooled in a regenerative heat exchanger 2, cleaned using a fine filter 3 and fed to the combustion chamber 4 for the subsequent use of combustion products in a gas turbine 5. An autonomous pipeline 6, through which water is supplied from valve 7 to the gas generator 1 to generate synthesis gas, is turned on only when coal is used as fuel wa. Another component of the fuel mixture - air enters from the turbocharger 8 into the combustion chamber 4 only after it is heated in the heat exchanger 2. Before the fine filter 3 and at the outlet of the gasifier 1, control devices (not shown in Fig. 1) are installed to measure the temperature of the synthesis gas.

При работе газотурбинной установки происходит засасывание наружного воздуха турбокомпрессором 8 с температурой окружающей среды и последующее ступенчатое сжатие в нем. В смесительных камерах 9 путем подачи антифриза в капельном виде (размер капель составляет 20-500 мкм) под воздействием вихревых устройств капли, смешиваясь со сжатым воздухом, охлаждают его. Подача и расход антифриза устанавливается с помощью регулирующих вентилей впрыска 10 и циркуляционного насоса 11 таким, чтобы в смесительных камерах 9 обеспечить безыспарительный режим охлаждения воздуха, при этом осуществляется контроль и поддерживается отклонение температуры воздуха в пределах 0-10°C в конце первой и последней смесительных камер 9. Нагретый антифриз в сепарационных устройствах смесительных камер 9 полностью отделяется от воздуха и через вентили вывода 12 антифриз направляется в замкнутый гидравлический контур 13 для повторного использования через теплообменное устройство 14, предназначенное для охлаждения нагретого антифриза воздухом окружающей среды с помощью вентиляторов 15 до температуры выше температуры окружающего воздуха на 1-8°C, после чего антифриз поступает в смесительные камеры 9 через вентили впрыска 10. Учитывая то, что возможно частичное испарение воды из антифриза и конденсация воды из влажного воздуха окружающей среды в смесительных камерах 9 и в теплообменном устройстве 14, в них предусмотрена система контроля (на фиг.1 не показана) уровня и концентрации раствора антифриза, а также применены вспомогательные средства поддержания требуемой концентрации антифриза в виде линии подпитки теплообменного устройства 14 водой с запорным вентилем 16, линии подпитки антифризом с запорным вентилем 17, а также линия слива антифриза из теплообменного устройства 14 через вентиль 18 в резервную емкость 19 и линия подачи антифриза из резервной емкости 19 через вентиль 20 в гидравлический контур 13. При необходимости слив антифриза из теплообменного устройства 14 в гидравлический контур 13 производится прямым путем через вентиль 21.During the operation of the gas turbine installation, the external air is sucked in by the turbocharger 8 with the ambient temperature and the subsequent stepwise compression in it. In the mixing chambers 9 by feeding antifreeze in a droplet form (droplet size is 20-500 microns) under the influence of vortex devices, droplets, mixed with compressed air, cool it. The supply and consumption of antifreeze is set using the injection control valves 10 and the circulation pump 11 so that in the mixing chambers 9 provide a non-evaporative air cooling mode, while monitoring and maintaining the temperature deviation of 0-10 ° C at the end of the first and last mixing chambers 9. The heated antifreeze in the separation devices of the mixing chambers 9 is completely separated from the air and through the outlet valves 12 the antifreeze is sent to a closed hydraulic circuit 13 for repetition It can be used through a heat exchanger 14 designed to cool heated antifreeze with ambient air using fans 15 to a temperature above ambient temperature of 1-8 ° C, after which antifreeze enters the mixing chambers 9 through injection valves 10. Considering that it is possible partial evaporation of water from antifreeze and condensation of water from moist ambient air in the mixing chambers 9 and in the heat exchanger 14, they have a control system (not shown in FIG. 1) for the level and concentration of the antifreeze solution, and also auxiliary means were used to maintain the required antifreeze concentration in the form of a feed line for the heat exchanger 14 with water with a shut-off valve 16, an antifreeze feed line with a shut-off valve 17, as well as a drain line for the antifreeze from the heat transfer device 14 through the valve 18 to the reserve tank 19 and an antifreeze supply line from the reserve tank 19 through the valve 20 to the hydraulic circuit 13. If necessary, the antifreeze is drained from the heat exchanger 14 into the hydraulic circuit 13 I am direct way through valve 21.

Таким образом, предлагаемый способ обеспечивает высокоэкономичную выработку электроэнергии. Особенно целесообразно его применение на территориях с холодным зимним климатом.Thus, the proposed method provides a highly economical generation of electricity. Its use in territories with a cold winter climate is especially advisable.

Claims (3)

1. Способ повышения эффективности работы газотурбинной установки, включающий ступенчатое сжатие воздуха в многоступенчатом турбокомпрессоре, подачу и охлаждение распыленной жидкостью сжатого воздуха в смесительных камерах, расположенных между ступенями турбокомпрессора, расширение рабочего тела в газовой турбине, сжигание полученного в газификаторе синтез-газа или другого органического топлива в камере сгорания и регенерацию тепла продуктов сгорания, отличающийся тем, что охлаждение сжатого воздуха осуществляют путем подачи в смесительные камеры незамерзающего при минусовых температурах окружающей среды хладагента в виде капель размером 20-500 мкм и полный вывод хладагента после его безыспарительного нагрева сепарационно-вихревым устройством, а выведенный из смесительных камер нагретый хладагент направляют в повторный оборот, предварительно охлаждая его воздухом окружающей среды в автономном теплообменном устройстве до температуры выше, чем температура окружающей среды на 1-8°C, при этом безыспарительность охлаждения обеспечивается расходом поступающего в смесительные камеры хладагента при выполнении условия:
d вых.в≤d вх.в,
где d вых.в - влагосодержание воздуха на выходе из смесительной камеры;
d вх.в - влагосодержание воздуха на входе в смесительную камеру;
d - отношение веса влаги во влажном воздухе к весу сухого воздуха в том же объеме, г/кг,
при этом регулируя расход хладагента и поддерживая безыспарительность охлаждения во всех камерах, добиваются практически изотермического процесса сжатия, контролируя и поддерживая отклонения температур в конце первой и последней смесительных камер в пределах 0-10°C.
1. A method of increasing the efficiency of a gas turbine installation, including stepwise compression of air in a multi-stage turbocompressor, supplying and cooling compressed air by a sprayed liquid in mixing chambers located between the stages of the turbocompressor, expanding the working fluid in a gas turbine, burning synthesis gas or other organic gas obtained in the gasifier fuel in the combustion chamber and heat recovery of the combustion products, characterized in that the cooling of the compressed air is carried out by feeding in a mixture solid chambers of a refrigerant that does not freeze at minus ambient temperatures in the form of droplets of 20-500 μm in size and a complete withdrawal of refrigerant after it is non-evaporatively heated by a separation-vortex device, and the heated refrigerant removed from the mixing chambers is recycled, pre-cooling it with ambient air in an autonomous heat exchanger up to a temperature higher than the ambient temperature by 1-8 ° C, while the cooling non-evaporativeness is ensured by the flow in cm respect to the coolant chamber under the condition:
d out.v≤d in.in,
where d vy.v - moisture content of air at the outlet of the mixing chamber;
d vh.v - moisture content of air at the inlet to the mixing chamber;
d is the ratio of the weight of moisture in moist air to the weight of dry air in the same volume, g / kg,
at the same time, by regulating the flow rate of the refrigerant and maintaining cooling non-deterioration in all chambers, they achieve an almost isothermal compression process, controlling and maintaining temperature deviations at the end of the first and last mixing chambers within 0-10 ° C.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве охлаждающей жидкости могут быть использованы антифризы, растворяющиеся в воде и имеющие температуру кипения выше, чем температура кипения воды при одних и тех давлениях, например 20-60%-ный раствор этиленгликоля или пропиленгликоля.2. The method according to claim 1, characterized in that antifreezes that are soluble in water and have a boiling point higher than the boiling point of water at the same pressures, for example, a 20-60% ethylene glycol solution or propylene glycol. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что при работе газотурбинной установки на угольном топливе в ней использована автономная регулируемая подача воды в газификатор через регулировочный вентиль, в регенеративный воздухоподогреватель и теплообменник, охлаждающий синтез-газ перед фильтром тонкой очистки, при этом поддерживают температуру синтез-газа перед фильтром тонкой очистки не более 870 К, а температуру на выходе газификатора не более 1123 К. 3. The method according to claim 1, characterized in that when the gas turbine unit is operated on coal fuel, it uses an autonomous controlled water supply to the gasifier through the control valve, to a regenerative air heater and a heat exchanger cooling the synthesis gas in front of the fine filter, while supporting the temperature of the synthesis gas in front of the fine filter is not more than 870 K, and the temperature at the outlet of the gasifier is not more than 1123 K.
RU2013109373/06A 2013-03-04 2013-03-04 Improvement method of efficient operation of gas turbine plant RU2544397C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013109373/06A RU2544397C2 (en) 2013-03-04 2013-03-04 Improvement method of efficient operation of gas turbine plant

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013109373/06A RU2544397C2 (en) 2013-03-04 2013-03-04 Improvement method of efficient operation of gas turbine plant

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2013109373A RU2013109373A (en) 2014-09-10
RU2544397C2 true RU2544397C2 (en) 2015-03-20

Family

ID=51539802

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2013109373/06A RU2544397C2 (en) 2013-03-04 2013-03-04 Improvement method of efficient operation of gas turbine plant

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2544397C2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2610801C1 (en) * 2015-09-10 2017-02-15 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ" (КНИТУ-КАИ) Gas turbine plant operation method

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1413426A (en) * 1973-04-09 1975-11-12 Zimmern B Rotary air compressor sets with injection of water
EP0051493A2 (en) * 1980-11-05 1982-05-12 Mitsubishi Gas Chemical Company, Inc. Heat exchanging system for an open internal combustion cycle
RU2069276C1 (en) * 1992-12-22 1996-11-20 Акционерное общество открытого типа "СевзапВНИПИэнергопром" Method of cooling gas flow in multistage compressor
US5669217A (en) * 1995-09-25 1997-09-23 Anderson; J. Hilbert Method and apparatus for intercooling gas turbines
RU2153601C2 (en) * 1994-12-29 2000-07-27 Кирстен Гюнтер Compressor plant and method of compressing gas in such plant
RU2278286C2 (en) * 2004-03-18 2006-06-20 Институт теплофизики экстремальных состояний Объединенного института высоких температур Российской Академии Наук (ИТЭС ОВИТ РАН) РФ Gas-turbine plant

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1413426A (en) * 1973-04-09 1975-11-12 Zimmern B Rotary air compressor sets with injection of water
EP0051493A2 (en) * 1980-11-05 1982-05-12 Mitsubishi Gas Chemical Company, Inc. Heat exchanging system for an open internal combustion cycle
RU2069276C1 (en) * 1992-12-22 1996-11-20 Акционерное общество открытого типа "СевзапВНИПИэнергопром" Method of cooling gas flow in multistage compressor
RU2153601C2 (en) * 1994-12-29 2000-07-27 Кирстен Гюнтер Compressor plant and method of compressing gas in such plant
US5669217A (en) * 1995-09-25 1997-09-23 Anderson; J. Hilbert Method and apparatus for intercooling gas turbines
RU2278286C2 (en) * 2004-03-18 2006-06-20 Институт теплофизики экстремальных состояний Объединенного института высоких температур Российской Академии Наук (ИТЭС ОВИТ РАН) РФ Gas-turbine plant

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2610801C1 (en) * 2015-09-10 2017-02-15 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ" (КНИТУ-КАИ) Gas turbine plant operation method

Also Published As

Publication number Publication date
RU2013109373A (en) 2014-09-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101059101B (en) Gas turbine inlet conditioning system and method
CN1097151C (en) Gas turbine power generation equipment and air humidifying apparatus
JP2877098B2 (en) Gas turbines, combined cycle plants and compressors
RU2451536C2 (en) Method and device for removal of water and siloxanes from gases
US20110088399A1 (en) Combined Cycle Power Plant Including A Refrigeration Cycle
US20110173947A1 (en) System and method for gas turbine power augmentation
JP2013160233A (en) System and method for gas turbine inlet air heating
JP2008175149A (en) Suction air spray device for compressor
CN1107932A (en) Method of and apparatus for augmenting power produced from gas turbines
CN105317484A (en) Method for saving energy by vacuum power
JP5427953B2 (en) Solar-powered gas turbine system
CN100430583C (en) Humid air turbine cycle with carbon dioxide recovery
RU2544397C2 (en) Improvement method of efficient operation of gas turbine plant
JP2006177213A (en) Gas engine system
CN1237261C (en) Gas turbine generator and air humidifier
CN103114913B (en) Method for cooling gas turbine inlet gas by indirect evaporation
RU2545261C9 (en) Gas turbine plant of raised efficiency
JPH11287132A (en) Gas turbine, combined cycle plant, and compressor
CN108981221A (en) The system and method to be freezed using steam condensate waste heat
RU138283U1 (en) GAS TURBINE INSTALLATION
AL-Hamdan et al. Studying the role played by evaporative cooler on the performance of GE gas turbine existed in Shuaiba North Electric Generator Power Plant
KR101727408B1 (en) Gas turbine device
KR20160054652A (en) Hybrid system of steam jet vacuum cooling unit
Porreca et al. Effect of Inlet Cooling on the Performances of Isotherm Main Air Compressor Used for ASU Applications
US20220268204A1 (en) Turbine inlet air cooling systems with condensate water recovery

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20160305