Теплофикационная газотурбинная установка относится к области теплоэнергетики и может быть применена на промышленных ТЭЦ.A gas-fired gas turbine installation belongs to the field of heat power engineering and can be applied at industrial thermal power plants.
Известна парогазовая установка (Патент РФ №2409746, МПК F01K 21/04, опубл. 20.01.2011), которая содержит паровую турбину, компрессор, камеру сгорания, газовую турбину, котел-утилизатор с пароперегревателем, испарителем, газоводяным подогревателем питательной воды, газопровод, электрогенератор, конденсатор, паропровод острого пара, трубопровод питательной воды, пароперегреватель котла-утилизатора связан паропроводом острого пара с входом паровой турбины, конденсатор трубопроводом питательной воды соединен с входом газоводяного подогревателя питательной воды. При этом количество вырабатываемого пара зависит от температуры газов на выходе из газовой турбины, которая определяется температурой наружного воздуха, поступающего в компрессор и уровнем электрической нагрузки.Known steam-gas installation (RF Patent No. 2409746, IPC F01K 21/04, publ. 01/20/2011), which contains a steam turbine, compressor, combustion chamber, gas turbine, recovery boiler with a superheater, evaporator, gas-water feed water heater, gas pipeline, an electric generator, a condenser, a steam pipe of hot steam, a feed water pipe, a superheater of a recovery boiler is connected by a steam pipe of hot steam to the input of a steam turbine, a condenser is connected to the input of a gas-water heater by a feed water pipe spruce water. The amount of steam generated depends on the temperature of the gases at the outlet of the gas turbine, which is determined by the temperature of the outdoor air entering the compressor and the level of electrical load.
Недостатком описанной установки является то, что рассматриваемая установка предназначена для производства только электрической энергии.The disadvantage of the described installation is that the installation in question is intended to produce only electrical energy.
Наиболее близким к заявляемому изобретению является теплофикационная газотурбинная установка с паровым котлом-утилизатором, вырабатывающим пар за счет охлаждения продуктов сгорания, выходящих из газовой турбины, направляемый тепловому потребителю (Цанев С.В., Буров В.Д., Ремезов А.Н. Газотурбинные и парогазовые установки тепловых электростанций. М.: Издательство МЭИ, 2002, стр.434). Теплофикационная газотурбинная установка содержит компрессор, соединенный с камерой сгорания, продукты сгорания из которой подают на вход газовой турбины. К выходу газовой турбины подключен паровой котел-утилизатор, вырабатывающий пар для теплового потребителя и обеспечения собственных нужд энергоустановки. Вход котла-утилизатора по пароводяному тракту соединен питательным насосом. Привод компрессора газотурбинной установки осуществляется от газовой турбины.Closest to the claimed invention is a cogeneration gas turbine installation with a steam recovery boiler that generates steam by cooling the combustion products leaving the gas turbine and sent to a heat consumer (Tsanev S.V., Burov V.D., Remezov A.N. Gas-turbine and combined-cycle plants of thermal power plants. M.: MEI Publishing House, 2002, p. 434). A cogeneration gas turbine installation comprises a compressor connected to a combustion chamber, the combustion products from which are fed to the gas turbine inlet. A steam recovery boiler is connected to the output of the gas turbine; it generates steam for the heat consumer and ensures the own needs of the power plant. The input of the recovery boiler along the steam-water path is connected by a feed pump. The compressor drive of a gas turbine installation is carried out from a gas turbine.
Недостатком описанной теплофикационной газотурбинной установки является снижение тепловой экономичности при переменных тепловых и электрических нагрузках. При уменьшении тепловой нагрузки потребителя и необходимости выработки требуемого количества электрической энергии часть продуктов сгорания после газовой турбины перепускают помимо котла-утилизатора, что снижает коэффициент полезного использования энергии топлива. Если возможно снижение одновременно тепловой и электрической мощности, в этом случае резко уменьшается электрический КПД установки.The disadvantage of the described cogeneration gas turbine installation is the reduction in thermal efficiency with variable thermal and electrical loads. When reducing the heat load of the consumer and the need to generate the required amount of electric energy, part of the combustion products after the gas turbine is bypassed in addition to the recovery boiler, which reduces the coefficient of efficient use of fuel energy. If it is possible to reduce both thermal and electrical power at the same time, in this case the electrical efficiency of the installation decreases sharply.
Задачей и техническим результатом изобретения является повышение тепловой эффективности теплофикационной газотурбинной установки. Поставленная задача достигается тем, что компрессор ГТУ соединен последовательно с камерой сгорания и газовой турбиной, выход которой подключен к паровому котлу-утилизатору, соединенному по пару с тепловым потребителем и входом паровой турбины, выход паровой турбины подключен к конденсатору. Вход котла-утилизатора по пароводяному тракту подключен к питательному насосу, соединенному с конденсатором и трубопроводом возвращаемого конденсата от потребителя. При снижении тепловой нагрузки потребителя избыточный пар котла-утилизатора подают в паровую турбину, вал которой соединяется с валом компрессора с помощью эластичной гидромуфты. Вырабатываемая мощность паровой турбины расходуется на привод компрессора, уменьшая затрачиваемую мощность от газовой турбины, что приводит к увеличению электрической мощности ГТУ и КПД по выработке электроэнергии. В случае необходимости увеличения количества отпускаемой теплоты потребителю на входе в котел-утилизатор продуктов сгорания установлена камера дожигания топлива.The objective and technical result of the invention is to increase the thermal efficiency of a cogeneration gas turbine plant. The task is achieved in that the GTU compressor is connected in series with the combustion chamber and the gas turbine, the output of which is connected to a steam recovery boiler connected in pairs with the heat consumer and the input of the steam turbine, and the output of the steam turbine is connected to the condenser. The input of the recovery boiler via a steam-water path is connected to a feed pump connected to a condenser and a return condensate pipe from the consumer. When the consumer's heat load is reduced, excess steam from the recovery boiler is fed to a steam turbine, the shaft of which is connected to the compressor shaft by means of an elastic fluid coupling. The generated power of the steam turbine is spent on the compressor drive, reducing the power spent from the gas turbine, which leads to an increase in the electric power of the gas turbine and the efficiency of electricity generation. If it is necessary to increase the amount of heat supplied to the consumer, a fuel afterburning chamber is installed at the entrance to the waste heat boiler.
Изобретение поясняется чертежом (фиг.1), где изображена тепловая схема теплофикационной газотурбинной установки.The invention is illustrated in the drawing (figure 1), which shows a thermal diagram of a cogeneration gas turbine installation.
Теплофикационная ГТУ содержит компрессор 1, соединенный последовательно с камерой сгорания 2, газовой турбиной 3, электрогенератором 4, паровым котлом-утилизатором 5, тепловым потребителем 6. Вход пароводяного тракта котла-утилизатора 5 соединен с питательным насосом 7. Выход пара котла-утилизатора паропроводом 11 через задвижку 13 подключен к входу паровой турбины 8, выход которой соединен с конденсатором 9. Соединение вала паровой турбины 8 с валом компрессора 1 осуществляется с помощью эластичной гидромуфты 10. На потоке газов между выхлопом газовой турбины и входом в котел-утилизатор установлена камера дожигания топлива 12, с помощью которой обеспечивается требуемая тепловая нагрузка потребителя при изменении электрической нагрузки газотурбинной установки.The cogeneration GTU contains a compressor 1 connected in series with a combustion chamber 2, a gas turbine 3, an electric generator 4, a steam recovery boiler 5, a heat consumer 6. The input of the steam-water path of the recovery boiler 5 is connected to the feed pump 7. The steam output of the recovery boiler is supplied with a steam line 11 through the valve 13 is connected to the input of the steam turbine 8, the output of which is connected to the condenser 9. The shaft of the steam turbine 8 is connected to the compressor shaft 1 using an elastic fluid coupling 10. On the gas stream between the exhaust AZOV turbine and the inlet of the recovery boiler installed reburning fuel chamber 12, by means of which provides the required thermal load of the consumer when changing the electric load of a gas turbine installation.
Теплофикационная газотурбинная установка работает следующим образом. В период максимальных тепловых нагрузок воздух из атмосферы сжимается в компрессоре 1 и поступает в камеру сгорания 2, куда подают топливо. Из камеры сгорания газ направляется в газовую турбину 3, где совершается полезная работа, затем поступает в котел-утилизатор 5 с камерой дожигания 12. Теплота, отводимая от газа в котле-утилизаторе, используется для выработки пара, направляемого тепловому потребителю 6. Возвращаемый от потребителя конденсат питательным насосом 7 подается в котел-утилизатор. При увеличении тепловой нагрузки потребителя может быть включена камера дожигания путем подачи в нее топлива. В случае уменьшения тепловой нагрузки потребителя 6 избыточный пар котла-утилизатора 5 по паропроводу 11 и задвижку 13 подают на вход паровой турбины 8, вал которой с помощью эластичной гидромуфты 10 соединяется с валом компрессора 1. Выработка механической мощности паровой турбиной уменьшает мощность, затрачиваемую на привод компрессора от газовой турбины, что приводит к увеличению полезной электрической мощности ГТУ и КПД по выработке электроэнергии.The heating gas turbine installation operates as follows. During the period of maximum thermal loads, air from the atmosphere is compressed in the compressor 1 and enters the combustion chamber 2, where fuel is supplied. Gas is directed from the combustion chamber to the gas turbine 3, where useful work is performed, then it enters the recovery boiler 5 with the afterburner 12. The heat removed from the gas in the recovery boiler is used to generate steam sent to the heat consumer 6. Returned from the consumer condensate is fed by a feed pump 7 to the recovery boiler. With an increase in the consumer's thermal load, the afterburner can be turned on by supplying fuel to it. In the case of reducing the heat load of the consumer 6, the excess steam of the recovery boiler 5 through the steam line 11 and the valve 13 is fed to the input of the steam turbine 8, the shaft of which is connected to the compressor shaft using an elastic fluid coupling 10. The generation of mechanical power by the steam turbine reduces the power consumed by the drive a compressor from a gas turbine, which leads to an increase in the net electric power of gas turbines and the efficiency of electricity generation.
