RU2610801C1 - Gas turbine plant operation method - Google Patents
Gas turbine plant operation method Download PDFInfo
- Publication number
- RU2610801C1 RU2610801C1 RU2015138618A RU2015138618A RU2610801C1 RU 2610801 C1 RU2610801 C1 RU 2610801C1 RU 2015138618 A RU2015138618 A RU 2015138618A RU 2015138618 A RU2015138618 A RU 2015138618A RU 2610801 C1 RU2610801 C1 RU 2610801C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- low
- turbine
- working fluid
- heat exchanger
- working medium
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
- F01K25/00—Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for
- F01K25/08—Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for using special vapours
- F01K25/10—Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for using special vapours the vapours being cold, e.g. ammonia, carbon dioxide, ether
Landscapes
- Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области энергетики и, в частности, к способам повышения эффективности работы газотурбинных установок.The invention relates to the field of energy and, in particular, to methods for increasing the efficiency of gas turbine plants.
Известен способ работы газотурбинной установки (ГТУ), в которой воздух из атмосферы поступает в компрессор, где сжимается. Поток сжатого воздуха подается в камеру сгорания, где подводится топливо и воспламеняется горючая смесь. Затем отработавшие газы с высоким давлением подаются в проточную часть газовой турбины. В газовой турбине газ расширяется практически до атмосферного давления (Рн) и поступает в выходной диффузор.A known method of operation of a gas turbine installation (GTU), in which air from the atmosphere enters the compressor, where it is compressed. A stream of compressed air is supplied to the combustion chamber, where fuel is supplied and the combustible mixture is ignited. Then, high-pressure exhaust gases are supplied to the flow part of the gas turbine. In a gas turbine, gas expands almost to atmospheric pressure (pH) and enters the outlet diffuser.
Показатели стационарных ГТУ простого цикла (мощность 300 МВт, эффективный коэффициент полезного действия составляет (КПД) 40%)) достигнуты за счет выбора высокой начальной температуры газа (до 1400…1500 К) и степени повышения давления, соответствующей наибольшей удельной работе цикла.Indices of stationary GTUs of a simple cycle (power 300 MW, effective efficiency (efficiency) 40%)) were achieved by choosing a high initial gas temperature (up to 1400 ... 1500 K) and the degree of pressure increase corresponding to the largest specific work of the cycle.
Недостатками данной схемы является то, что возможность дальнейшего роста начальной температуры газа как главного фактора повышения эффективности ГТУ невозможна за счет ограничения жаростойкости и жаропрочности материалов установки.The disadvantages of this scheme is that the possibility of a further increase in the initial gas temperature as the main factor in increasing the efficiency of gas turbines is impossible due to the limitation of the heat resistance and heat resistance of the installation materials.
Известны следующие направления повышения эффективности ГТУ: усложнение рабочего цикла двигателя за счет введения в тепловую схему промежуточного охлаждения (ПО) воздуха между каскадами компрессоров, промежуточного подогрева (ПП) газа между турбинами по отдельности или ПО и ПП вместе, а также нетрадиционного способа - применение турбины перерасширения (обращенный газогенератор) и использование низкопотенциальной энергии промышленных предприятий (Матвеенко В.Т. Перспективы повышения эффективности высокотемпературного газотурбинного двигателя усложнением цикла Брайтона / В.Т. Матвеенко // Вестник СевГТУ; Вып. 97. - Севастополь, 2009. - С. 113).The following directions are known for increasing the efficiency of gas turbine engines: complicating the engine’s duty cycle by introducing air between the compressor cascades into the thermal circuit, intermediate heating (PP) of gas between the turbines separately or software and software together, as well as an alternative method - using a turbine over-expansion (reverse gas generator) and the use of low-potential energy of industrial enterprises (Matveenko V.T. Prospects for increasing the efficiency of high-temperature gas turbine engine complication of the Brighton cycle / V.T. Matveenko // Vestnik SevGTU; Issue 97. - Sevastopol, 2009. - P. 113).
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату и принятым за прототип является способ работы ГТУ, которая включает входное устройство, куда поступает воздух из атмосферы, компрессор низкого давления, где происходит процесс сжатия воздуха. Далее воздух поступает в теплообменный аппарат, понижая температуру рабочего тела, затем подается в компрессор высокого давления для повышения давления. Поток сжатого охлажденного воздуха поступает в камеру сгорания, где происходит процесс горения. Затем отработавшие газы с высоким давлением подаются в проточную часть газовой турбины высокого давления. В газовой турбине рабочие газы расширяются и снова подаются в камеру сгорания для сжигания остатков горючей смеси после первичного процесса горения. Рабочее тело снова поступает в турбину низкого давления для срабатывания теплоперепада и подается в силовую турбину, вращая электрогенератор (Матвеенко В.Т. Перспективы повышения эффективности высокотемпературного газотурбинного двигателя усложнением цикла Брайтона / В.Т. Матвеенко // Вестник СевГТУ: Вып. 97. - Севастополь, 2009. - С. 114-115).The closest in technical essence and the achieved result and adopted for the prototype is the method of operation of the gas turbine, which includes an inlet device, which receives air from the atmosphere, a low pressure compressor, where the air compression process takes place. Further, air enters the heat exchanger, lowering the temperature of the working fluid, and then is supplied to the high-pressure compressor to increase the pressure. A stream of compressed chilled air enters the combustion chamber, where the combustion process takes place. Then, high pressure exhaust gases are supplied to the flow path of the high pressure gas turbine. In a gas turbine, the working gases expand and are again fed into the combustion chamber to burn residues of the combustible mixture after the primary combustion process. The working fluid again enters the low-pressure turbine to activate the heat drop and is fed into the power turbine by rotating the electric generator (Matveenko V.T., Prospects for increasing the efficiency of a high-temperature gas turbine engine by complicating the Brighton cycle / V.T. Matveenko // Bulletin of SevGTU: Issue 97. - Sevastopol, 2009 .-- S. 114-115).
Газотурбинные установки с промежуточным охлаждением воздуха и промежуточным подогревом газа обладают рядом преимуществ:Gas turbine units with intermediate air cooling and intermediate gas heating have several advantages:
- уменьшением капиталовложений в расчете на 1 кВт/ч установленной мощности по отношению к аналогичным показателям ТЭС и ПТУ;- a decrease in capital investment per 1 kW / h of installed capacity in relation to similar indicators of thermal power plants and vocational schools;
- меньшим (в 2-8 раза) выбросам в атмосферу оксидов азота;- less (2-8 times) emissions of nitrogen oxides into the atmosphere;
- максимальным использованием кинетической энергии газов в процессе вторичного горения.- the maximum use of the kinetic energy of gases in the secondary combustion process.
К недостаткам рассматриваемой схемы ГТУ следует отнести:The disadvantages of the GTU scheme under consideration include:
- отсутствие регенерации выходящих газов;- lack of regeneration of exhaust gases;
- затраты на подготовку рабочего тела для охлаждения и выбросов;- the cost of preparing the working fluid for cooling and emissions;
- увеличение расхода топлива в ходе подвода тепла во вторичной камере сгорания;- increase in fuel consumption during heat supply in the secondary combustion chamber;
- недостаточно высокий КПД по сравнению с ГТУ и контуром низкокипящей жидкости.- insufficiently high efficiency compared to gas turbines and the low-boiling liquid circuit.
Технический результат, на достижение которого направлено предлагаемое изобретение, заключается в повышении КПД установки и увеличении полезной работы цикла.The technical result, which the invention is directed to, is to increase the efficiency of the installation and increase the useful work of the cycle.
Технический результат достигается тем, что в способе работы газотурбинной установки, включающем забор рабочего тела-воздуха из атмосферы во входное устройство, сжатие в компрессоре низкого давления, охлаждение рабочего тела-воздуха в теплообменном аппарате, сжатие в компрессоре высокого давления, подвод тепла в камеру сгорания, расширение в турбине и вращение привода потребителя, новым является то, что введен дополнительный контур с низкокипящим рабочим телом, включающий входное устройство, сообщенное с источником низкокипящего рабочего тела, теплообменный аппарат, турбину, сообщенную с дополнительным приводом. Рабочее тело-воздух первого контура после входного устройства охлаждают в первом теплообменном аппарате, далее после сжатия в компрессоре низкого давления и последующего охлаждения рабочего тела во втором теплообменном аппарате рабочее тело расширяют до отрицательной температуры в турбодетандере и охлаждают в расположенном за ним третьем теплообменном аппарате, после сжатия в компрессоре высокого давления, горения в камере сгорания, расширения в турбинах высокого, низкого давлений, в силовой турбине, отработавшие газы основного контура направляют в теплообменный аппарат дополнительного контура, куда одновременно подают низкокипящее рабочее тело, подогревают его для срабатывания теплоперепада в турбине дополнительного контура, после чего низкокипящее рабочее тело из-за турбины подают в вышеупомянутый третий теплообменный аппарат перед компрессором высокого давления основного контура и далее в циркуляционный насос, где низкокипящее рабочее тело сжимается и в жидком состоянии его подают для охлаждения рабочего тела-воздуха в теплообменных аппаратах основного контура.The technical result is achieved by the fact that in the method of operation of a gas turbine installation, including the intake of the working fluid-air from the atmosphere into the input device, compression in a low-pressure compressor, cooling of the working fluid-air in a heat exchanger, compression in a high-pressure compressor, supply of heat to the combustion chamber , expansion in the turbine and rotation of the consumer drive, it is new that an additional circuit with a low boiling medium has been introduced, including an input device in communication with the source of a low boiling medium his body, heat exchanger, turbine connected with an additional drive. The working fluid-air of the first circuit after the inlet device is cooled in the first heat exchanger, then after compression in the low pressure compressor and subsequent cooling of the working fluid in the second heat exchanger, the working fluid is expanded to a negative temperature in the turboexpander and cooled in the third heat exchanger located behind it, after compression in the high pressure compressor, combustion in the combustion chamber, expansion in high and low pressure turbines, in a power turbine, exhaust gases of the main con Hurray is sent to the heat exchanger of the additional circuit, where a low-boiling working fluid is simultaneously fed, it is heated to trigger a heat drop in the turbine of the additional circuit, after which the low-boiling working fluid from the turbine is fed to the aforementioned third heat exchanger before the high-pressure compressor of the main circuit and then to the circulation a pump where a low-boiling working fluid is compressed and in a liquid state it is fed to cool the working fluid-air in the main heat exchangers ontura.
В качестве низкокипящего рабочего тела используют пропан.Propane is used as a low-boiling working fluid.
Низкокипящее рабочее тело подогревают в теплообменном аппарате дополнительного контура до температуры, не превышающей температуру самовоспламенения.The low-boiling working fluid is heated in an additional circuit heat exchanger to a temperature not exceeding the autoignition temperature.
На чертеже представлена схема газотурбинной установки.The drawing shows a diagram of a gas turbine installation.
Основной контур конструктивно представляет собой тепловой насос, который состоит из входного устройства 1, двух теплообменных аппаратов 2, 4, компрессора 3 и турбодетандера 5. Далее по тракту расположены теплообменный аппарат 6 и газогенератор. Газогенератор состоит из компрессора высокого давления 7, камеры сгорания 8, турбины высокого давления 9, турбины низкого давления 10, силовой (свободной) турбины 11, выходного устройства 12 и электрогенератора 13. Газогенератор представляет собой типичный одновальный газотурбинный двигатель наземного применения.The main circuit is structurally a heat pump, which consists of an
Дополнительный контур состоит из входного устройства 14, магистрали трубопроводов рабочего тела (пропан C3H8), теплообменного аппарата 15, пропановой турбины 16, электрогенератора 17 и циркуляционного насоса 18.An additional circuit consists of an
Принцип работы установки заключается в следующем.The principle of operation of the installation is as follows.
Воздух из атмосферы через воздухозаборник 1 поступает в теплообменный аппарат 2, охлаждаясь в нем, затем поступает в компрессор 3. Воздух в компрессоре сжимается, и с повышенным давлением подается в теплообменный аппарат 4, снова охлаждаясь в нем. В турбодетандере 5 рабочее тело расширяется до отрицательной температуры и поступает в теплообменный аппарат 6 для поддержания заданной температуры рабочего тела перед компрессором высокого давления 7 газогенератора. В компрессоре 7 воздух сжимается и подается в камеру сгорания 8. В камере сгорания происходит процесс подвода тепла, далее газ поступает на турбину высокого давления 9 и турбину низкого давления 10, силовую турбину 11, расширяясь в них, приводит во вращение компрессоры 7, 3 и электрогенератор 13. Далее из выходного устройства 12 отработавшие газы поступают в теплообменный аппарат 15 для подогрева низкокипящего тела дополнительного контура. Далее в теплообменнике 15 низкокипящее тело подогревается за счет выхлопных газов основного контура до положительной температуры, не превышающей температуру самовоспламенения, и поступает на пропановую турбину 16, где расширяется до границы перехода в жидкое состояние, при этом вырабатывая значительную мощность и вращая электрогенератор 17 (Варгафтик Н.Б. Справочник по теплофизическим свойствам газов и жидкостей. Изд. Второе. М., 1972. С. 235). Затем газ из пропановой турбины 16 поступает в теплообменник 6 основного контура, охлаждаясь в нем, подается в циркуляционный насос 18, где газ сжимается и переходит в жидкое состояние (то же, с. 236). Далее по тракту сжиженный газ поступает в теплообменники 4 и 2 основного контура для отвода тепла в основном контуре установки и снижения работы компрессора, тем самым повышая работу цикла. Газ в дополнительный контур подается через входное устройство 14. Далее цикл повторяется.Air from the atmosphere through the
Процесс настроен таким образом, что в пропановой турбине не происходит конденсации (перехода в жидкое состояние) низкокипящего рабочего тела в ходе срабатывания теплоперепада. В дополнительном контуре в роли рабочего тела используется пропан C3H8 или другое низкокипящее вещество, имеющее достаточно высокое давление насыщенных паров при низких температурах. Пропан используется, как газ, для получения полезной работы и, как жидкость, для ступенчатого отвода тепла в ГТУ.The process is set up in such a way that in the propane turbine there is no condensation (transition to a liquid state) of the low-boiling working fluid during heat transfer operation. In an additional circuit, propane C 3 H 8 or another low-boiling substance with a sufficiently high saturated vapor pressure at low temperatures is used as the working fluid. Propane is used as gas to obtain useful work and, as a liquid, for stepwise heat removal in gas turbines.
Преимущества данной схемы:The advantages of this scheme:
- достигается высокий КПД установки за счет введения дополнительного контура с низкокипящим рабочим телом;- achieved high efficiency of the installation due to the introduction of an additional circuit with a low boiling medium;
- значительно увеличивается мощность путем охлаждения воздуха в теплообменных аппаратах и снижения работы сжатия в компрессорах;- significantly increases power by cooling the air in heat exchangers and reducing the compression work in compressors;
- низкокипящее рабочее тело используют в качестве охладителя и газа в ходе его химического преобразования по тракту установки;- a low-boiling working fluid is used as a cooler and gas during its chemical conversion along the installation path;
- низкий расход топлива за счет входа холодного воздуха в компрессор газогенератора;- low fuel consumption due to the entry of cold air into the compressor of the gas generator;
- увеличиваются эксплуатационный ресурс работы и жизненный цикл установки;- increase the operational resource of work and the life cycle of the installation;
- возможность эксплуатации в южных районах без понижения номинальной мощности.- the possibility of operation in the southern regions without lowering the rated power.
Claims (3)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015138618A RU2610801C1 (en) | 2015-09-10 | 2015-09-10 | Gas turbine plant operation method |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015138618A RU2610801C1 (en) | 2015-09-10 | 2015-09-10 | Gas turbine plant operation method |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2610801C1 true RU2610801C1 (en) | 2017-02-15 |
Family
ID=58458586
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2015138618A RU2610801C1 (en) | 2015-09-10 | 2015-09-10 | Gas turbine plant operation method |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2610801C1 (en) |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2199020C2 (en) * | 2000-08-03 | 2003-02-20 | Уфимский государственный авиационный технический университет | Method of operation and design of combination gas turbine plant of gas distributing system |
RU2252323C2 (en) * | 2002-12-30 | 2005-05-20 | Открытое акционерное общество "Энергомашкорпорация" | Binary combined-cycle plant |
RU2544397C2 (en) * | 2013-03-04 | 2015-03-20 | Александр Алексеевич Белоглазов | Improvement method of efficient operation of gas turbine plant |
-
2015
- 2015-09-10 RU RU2015138618A patent/RU2610801C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2199020C2 (en) * | 2000-08-03 | 2003-02-20 | Уфимский государственный авиационный технический университет | Method of operation and design of combination gas turbine plant of gas distributing system |
RU2252323C2 (en) * | 2002-12-30 | 2005-05-20 | Открытое акционерное общество "Энергомашкорпорация" | Binary combined-cycle plant |
RU2544397C2 (en) * | 2013-03-04 | 2015-03-20 | Александр Алексеевич Белоглазов | Improvement method of efficient operation of gas turbine plant |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2551458C2 (en) | Combined heat system with closed loop for recuperation of waste heat and its operating method | |
US9410451B2 (en) | Gas turbine engine with integrated bottoming cycle system | |
RU2434145C2 (en) | Method and system for energy generation from heat source | |
US20120017597A1 (en) | Hybrid power generation system and a method thereof | |
US10584614B2 (en) | Waste heat recovery simple cycle system and method | |
US11988115B2 (en) | System for recovering waste heat and method thereof | |
CA2578243A1 (en) | Configurations and methods for power generation with integrated lng regasification | |
Li et al. | Experimental investigation of a splitting CO2 transcritical power cycle in engine waste heat recovery | |
JP2012057617A (en) | Combined cycle power augmentation by efficient utilization of atomizing air energy | |
RU2369808C2 (en) | Trigeneration gas turbine plant | |
RU2610801C1 (en) | Gas turbine plant operation method | |
RU2599082C1 (en) | Gas turbine expander power plant of compressor station of main gas line | |
RU2671264C1 (en) | Stoichiometric steam gas turbine installation | |
RU2743480C1 (en) | Oxygen-fuel power plant | |
RU2712339C1 (en) | Combined power gas turbine expander unit of main line gas pipeline compressor station | |
RU2576556C2 (en) | Compressor station of main gas line with gas turbine expander power plant | |
RU2689508C1 (en) | Method of heating fuel gas in a non-volatile gas transfer unit | |
RU2757404C1 (en) | Oxygen-fuel power plant with coal gasification | |
RU2791638C1 (en) | Gas-steam power plant | |
US20140216045A1 (en) | Gas turbine with improved power output | |
RU2775732C1 (en) | Oxygen-fuel power plant | |
RU2376480C2 (en) | Method to produce power and device to this end | |
Maheshwari et al. | Effect of Deaerator Parameters on Simple and Reheat Gas/Steam Combined Cycle With Different Cooling Medium | |
Galashov et al. | Algorithm for calculation of a CCGT of a trinary type with an air condenser | |
KR101856165B1 (en) | Combined cycle power system using supercritical carbon dioxide power cycle |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20180911 |