RU26249U1

RU26249U1 - DEVICE FOR REGULATING THE AIR TEMPERATURE AT THE INPUT OF THE GAS-TURBINE INSTALLATION (OPTIONS)

Info

Publication number: RU26249U1
Application number: RU2001118966/20U
Authority: RU
Inventors: Ю.М. Ануров; В.Б. Грибов; М.А. Верткин; В.Л. Кисель
Original assignee: Открытое акционерное общество "Энергомашкорпорация"
Priority date: 2001-07-06
Filing date: 2001-07-06
Publication date: 2002-11-20

Abstract

1. Устройство для регулирования температуры воздуха на входе газотурбинной установки, содержащее теплообменник, установленный в воздухозаборном устройстве, источник энергии и средства подачи энергии к теплообменнику, отличающееся тем, что в воздухозаборном устройстве организован дополнительный канал и установлен регулирующий клапан, обеспечивающий возможность пропуска части или всего наружного воздуха мимо теплообменника.2. Устройство для регулирования температуры воздуха на входе газотурбинной установки, содержащее теплообменник, установленный с перекрытием проходного сечения воздухозаборного устройства, источник энергии и средства подачи энергии к теплообменнику, отличающееся тем, что теплообменник установлен с возможностью поворота вокруг своей поперечной оси, для пропуска части или всего наружного воздуха мимо теплообменника.3. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что в качестве источника энергии используется устройство, утилизирующее тепло выхлопных газов ГТУ или источник электрической энергии.1. A device for controlling the temperature of the air at the inlet of a gas turbine installation, comprising a heat exchanger installed in the air intake device, an energy source and means for supplying energy to the heat exchanger, characterized in that an additional channel is arranged in the air intake device and a control valve is installed that allows part or all of it to pass through outside air past the heat exchanger. 2. A device for controlling the temperature of the air at the inlet of a gas turbine installation, comprising a heat exchanger installed with overlapping the passageway of the air intake device, an energy source and means for supplying energy to the heat exchanger, characterized in that the heat exchanger is mounted to rotate around its transverse axis, to pass part or all of the outside air past the heat exchanger. 3. The device according to claim 1 or 2, characterized in that a device utilizing the heat of the exhaust gases of a gas turbine or an electric energy source is used as an energy source.

Description

Устройство регулирования температуры воздуха на входе газотурбинной установки (варианты)Device for regulating the air temperature at the inlet of a gas turbine installation (options)

Техническое решение относится к теплоэнергетике и может быть применено в газотурбинных установках с подогревом воздуха перед компрессором.The technical solution relates to a power system and can be applied in gas turbine units with air heating in front of the compressor.

Известно (Л.В.Арсеньев, и др. Стационарные газотурбинные установки. Справочник.-Л.: Машиностроение. Ленингр.отд-е, 1989.-543с., стр.238-241), что температура воздуха на входе в компрессор газотурбинной установки оказывает значительное влияние на его работу. В отсутствие каких-либо специальных средств регулирования, расход воздуха в компрессор при постоянной частоте вращения ротора обратно пропорционален квадратному корню абсолютной температуры наружного воздуха. При температурах значительно ниже расчетной (допустимой) повышение расхода воздуха с неизменной начальной температурой газа перед газовой турбиной делает вероятным возникновение помпажа в последних ступенях компрессора. Кроме того, мощность газотурбинной установки в этом случае значительно превосходит номинальный уровень, что, зачастую, также не требуется. Переход же на частичные нагрузки газотурбинной установки при фиксированной температуре воздуха перед компрессором происходит практически с неизменным расходом, что связано с понижением температуры перед и за газовой турбинойIt is known (L.V. Arseniev, et al. Stationary gas-turbine units. Handbook.-L .: Engineering. Leningrad.otd-e, 1989.-543с., Pp. 238-241) that the air temperature at the inlet to the gas-turbine compressor Installation has a significant impact on its performance. In the absence of any special control means, the air flow to the compressor at a constant rotor speed is inversely proportional to the square root of the absolute temperature of the outside air. At temperatures significantly lower than the calculated (permissible) increase in air flow with a constant initial gas temperature in front of the gas turbine, the occurrence of surge in the last stages of the compressor is likely. In addition, the power of the gas turbine unit in this case significantly exceeds the nominal level, which is often also not required. The transition to partial loads of a gas turbine unit at a fixed air temperature in front of the compressor occurs with almost constant flow rate, which is associated with a decrease in temperature in front of and behind the gas turbine

Известен ряд технических решений указанной проблемы, основанных на предварительном подогреве воздуха перед компрессором газотурбинной установки.A number of technical solutions to this problem are known, based on air pre-heating in front of the compressor of a gas turbine installation.

Известна парогазовая установка по авт. свид. СССР № 1195020, опубл. 30.11.85, содержащая последовательно соединенные компрессор, камеру сгорания, газовую турбину и котел-утилизатор с пароперегревательной, испарительной и экономайзерной поверхностями, а также трубопровод подачи газов котла на вход компрессора, подключенныйKnown combined-cycle plant for ed. testimonial. USSR No. 1195020, publ. 11.30.85, containing in series a compressor, a combustion chamber, a gas turbine and a waste heat boiler with a superheater, evaporator and economizer surfaces, as well as a pipeline for supplying boiler gases to the compressor inlet, connected

F02C7/04, F02C7/057F02C7 / 04, F02C7 / 057

66. 66.

к газовому тракту котла - утилизатора между его испарительной и экономайзерной поверхностями. Снижение расхода воздуха в компрессор достигается его подогревом путем подмешивания более горячих дымовых газов, отбираемых из котла - утилизатора за испарительным участкомto the gas path of the waste heat boiler between its evaporative and economizer surfaces. Reducing the air flow into the compressor is achieved by heating it by mixing in the hotter flue gases taken from the recovery boiler behind the evaporation section

Недостаткам данного технического решения является то, что подогрев воздуха за счет непосредственного смешения его с горячими дымовыми газами (продуктами сгорания газотурбинной установки), приводит к влажной коррозии первых ступеней компрессора.The disadvantages of this technical solution is that heating the air by directly mixing it with hot flue gases (combustion products of a gas turbine plant) leads to wet corrosion of the first compressor stages.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому техническому решению является устройство оптимизации температуры по патенту США № 4951460, опубл. 28.08.90.The closest in technical essence to the claimed technical solution is a temperature optimization device according to US patent No. 4951460, publ. 08/28/90.

Это устройство содержит теплообменник, установленный в воздухозаборном устройстве на входе компрессора газотурбинной установки. Теплообменник, в зависимости от температуры наружного воздуха, средствами подачи нагревающей или охлаждающей среды подключается к источнику нагрева или к источнику охлаждения.This device comprises a heat exchanger installed in an air intake device at the inlet of a compressor of a gas turbine installation. The heat exchanger, depending on the temperature of the outside air, is connected by means of a heating or cooling medium to a heating source or to a cooling source.

Недостатком данного устройства является наличие постоянного дополнительного аэродинамического сопротивления от теплообменника на входе компрессора газотурбинной установки, в том числе на номинальных режимах, когда подогрев воздуха перед компрессором не требуется, что снижает эффективность работы газотурбинной установки на номинальных режимах, особенно в летний период.The disadvantage of this device is the presence of constant additional aerodynamic drag from the heat exchanger at the inlet of the compressor of the gas turbine unit, including at nominal modes, when air heating in front of the compressor is not required, which reduces the efficiency of the gas turbine unit at nominal modes, especially in summer.

Заявляемой полезной моделью решается задача снижения аэродинамического сопротивления создаваемого теплообменником в процессе регулирования температуры воздуха на входе газотурбинной установки.The claimed utility model solves the problem of reducing the aerodynamic drag created by the heat exchanger in the process of regulating the air temperature at the inlet of the gas turbine plant.

Для достижения указанного технического результата устройство для регулирования температуры воздуха на входе газотурбинной установки содержит теплообменник, установленный в воздухозаборном устройстве, источник энергии и средства подачи энергии к теплообменнику. При этом в воздухозаборном устройстве организован дополнительный канал и установлен регулирующий клапан, обеспечивающий возможность пропуска части или всего наружного воздуха мимо теплообменника.To achieve the specified technical result, the device for controlling the air temperature at the inlet of the gas turbine installation comprises a heat exchanger installed in the air intake device, an energy source and means for supplying energy to the heat exchanger. At the same time, an additional channel is organized in the air intake device and a control valve is installed, which allows the passage of part or all of the external air past the heat exchanger.

в другом варианте выполнения, устройство для регулирования температуры воздуха на входе газотурбинной установки, содержит теплообменник, установленный с перекрытием проходного сечения воздухозаборного устройства, источник энергии и средства подачи энергии к теплообменнику. При этом, теплообменник установлен с возможностью поворота вокруг своей поперечной оси, для пропуска части или всего наружного воздуха мимо теплообменника.in another embodiment, the device for controlling the temperature of the air at the inlet of the gas turbine installation, comprises a heat exchanger installed with overlapping the passage section of the air intake device, an energy source and means for supplying energy to the heat exchanger. At the same time, the heat exchanger is mounted with the possibility of rotation around its transverse axis, to pass part or all of the external air past the heat exchanger.

В качестве источника энергии может быть использовано устройство, утилизирующее тепло уходящих газов газотурбинной установки, или источник электрической энергии.As a source of energy can be used a device that utilizes the heat of the exhaust gases of a gas turbine installation, or a source of electrical energy.

Описанные конструкции устройств позволяют снизить аэродинамическое сопротивление, создаваемое теплообменником на входе компрессора газотурбинной установки, обеспечивая, в зависимости от температуры наружного воздуха, проход части или всего наружного воздуха мимо теплообменника.The described device designs make it possible to reduce the aerodynamic drag created by the heat exchanger at the compressor inlet of the gas turbine unit, providing, depending on the temperature of the outside air, the passage of part or all of the outside air past the heat exchanger.

Сущность технических решений иллюстрируется чертежами на которых изображены:The essence of the technical solutions is illustrated by the drawings which depict:

на фиг. 1 - функциональная схема устройства регулирования температуры воздуха на входе газотурбинной установки по первому варианту;in FIG. 1 is a functional diagram of a device for controlling the air temperature at the inlet of a gas turbine installation according to the first embodiment;

на фиг. 2 - функциональная схема устройства регулирования температуры воздуха на входе газотурбинной установки по второму варианту.in FIG. 2 is a functional diagram of an air temperature control device at the inlet of a gas turbine installation according to the second embodiment.

Один из вариантов реализации устройства регулирования температуры воздуха на входе газотурбинной установки (фиг. 1) содержит воздухозаборное устройство 1 на входе газотурбинной установки 2, содержащей компрессор 3, камеру сгорания 4 и газовую турбину 5. В воздухозаборном устройстве 1 расположен теплообменник 6. В качестве источника энергии и средств подачи энергии к теплообменнику 6 используются утилизационный теплообменник 7, работающий на уходящих газах газотурбинной установки 2 и трубопровод 8 подачи теплоносителя. В воздухозаборном устройстве 1 организован дополнительный канал 9 и установлен регулирующий клапан 10, с возможностью регулируемогоOne embodiment of a device for controlling the temperature of the air at the inlet of a gas turbine installation (Fig. 1) comprises an air intake device 1 at the inlet of a gas turbine installation 2, comprising a compressor 3, a combustion chamber 4 and a gas turbine 5. A heat exchanger 6 is located in the air intake device 1. As a source energy and means of supplying energy to the heat exchanger 6 utilizes a waste heat exchanger 7 operating on the flue gases of the gas turbine unit 2 and a pipe 8 for supplying the coolant. An additional channel 9 is arranged in the air intake device 1 and a control valve 10 is installed, with the possibility of adjustable

перекрытия дополнительного канала 9. Причем в данном примере регулирующий клапан 10 установлен таким образом, что при полном открытии дополнительного канала 9, полностью перекрывается проход наружного воздуха через теплообменник 6. Устройство оснащено также насосом 11 и клапаном 12 регулирования подачи теплоносителя.overlap of the additional channel 9. Moreover, in this example, the control valve 10 is installed so that when the additional channel 9 is fully open, the passage of external air through the heat exchanger 6 is completely blocked. The device is also equipped with a pump 11 and a valve for regulating the flow of coolant.

Теплообменник 6 может быть теплообменником любого типа, пригодным для нагревания воздушного потока. Предпочтительной конструкцией является змеевиковый теплообменник из оребренных труб. Воздух протекает в межтрубном пространстве, а теплоноситель - внутри труб.The heat exchanger 6 may be any type of heat exchanger suitable for heating the air stream. A preferred design is a finned coil heat exchanger. Air flows in the annulus, and the coolant flows inside the pipes.

По второму варианту устройства регулирования температуры на входе газотурбинной установки (фиг. 2) теплообменник 6 установлен в воздухозаборном устройстве 1 таким образом, что при его повороте вокруг поперечной оси открывается проход для части или всего наружного воздуха мимо теплообменника 6 к газотурбинной установке 2. Утилизационный теплообменник 7 и трубопровод 8 подачи теплоносителя к теплообменнику 6 выполняют функцию источника энергии и средства подачи энергии.According to the second variant of the temperature control device at the inlet of the gas turbine installation (Fig. 2), the heat exchanger 6 is installed in the air intake device 1 in such a way that when it is rotated around the transverse axis, a passage for part or all of the external air opens past the heat exchanger 6 to the gas turbine installation 2. Utilization heat exchanger 7 and the pipe 8 for supplying the coolant to the heat exchanger 6 function as an energy source and means for supplying energy.

Устройство (фиг. 1) работает следующим образом.The device (Fig. 1) works as follows.

В холодный период, когда температура наружного воздуха ниже минимальной допустимой температуры воздуха, обеспечивающей необходимую степень защиты компрессора 3 от помпажа, и воздух на входе газотурбинной установки 2 требует максимального подогрева, регулирующий клапан 10 закрывают. Насос 11 прокачивает теплоноситель, поступающий из тепловой сети, через утилизационный теплообменник 7, где он нагревается уходящими газами газотурбинной установки 2 и направляется в тепловую сеть. Часть подогретого теплоносителя поступает по трубопроводу 8 в теплообменник 6. При этом расход теплоносителя, проходящего через теплообменник 6, может регулироваться кпапаном 12. Весь наружный воздух, проходя через теплообменник 6, нагревается перед поступлением в компрессор 3 газотурбинной установки 2. Охлажденный теплоноситель выходит из теплообменника 6 и по трубопроводу 8 возвращается для дальнейшего подогрева и рециркуляции в утилизационном теплообменнике 7.In the cold season, when the outside temperature is lower than the minimum permissible air temperature, which provides the necessary degree of protection of the compressor 3 from surging, and the air at the inlet of the gas turbine installation 2 requires maximum heating, the control valve 10 is closed. The pump 11 pumps the coolant coming from the heat network through the waste heat exchanger 7, where it is heated by the exhaust gases of the gas turbine unit 2 and sent to the heat network. A part of the heated coolant flows through a pipe 8 to the heat exchanger 6. In this case, the flow rate of the coolant passing through the heat exchanger 6 can be regulated by the valve 12. All external air passing through the heat exchanger 6 is heated before entering the compressor 3 of the gas turbine unit 2. The cooled coolant exits the heat exchanger 6 and returns through pipe 8 for further heating and recycling in a waste heat exchanger 7.

При повышении температуры наружного воздуха регулирующий клапан 10 частично открывается, пропуская через теплообменник 6 часть наружного воздуха, изменяя, таким образом, степень нагрева воздуха, подаваемого в газотурбинную установку 2. Аэродинамическое сопротивление, создаваемое теплообменником 6, соответственно уменьшается.When the temperature of the outside air rises, the control valve 10 partially opens, passing part of the outside air through the heat exchanger 6, thereby changing the degree of heating of the air supplied to the gas turbine unit 2. The aerodynamic resistance created by the heat exchanger 6 decreases accordingly.

При температурах наружного воздуха не требующих подогрева, регулирующий клапан 10 полностью открыт и весь воздух поступает в газотурбинную установку 2 по дополнительному каналу 9. Теплообменник 6 полностью закрыт для прохода воздуха и, следовательно, его аэродинамическое сопротивление практически отсутствует.At outdoor temperatures that do not require heating, the control valve 10 is fully open and all air enters the gas turbine unit 2 via an additional channel 9. The heat exchanger 6 is completely closed for the passage of air and, therefore, its aerodynamic resistance is practically absent.

Приведенные примеры не исчерпывают всех возможных вариантов реализации заявляемого предложения и служат для его иллюстрации.The above examples do not exhaust all possible options for implementing the proposed proposal and serve to illustrate it.

Claims

1. A device for controlling the temperature of the air at the inlet of a gas turbine installation, comprising a heat exchanger installed in the air intake device, an energy source and means for supplying energy to the heat exchanger, characterized in that an additional channel is arranged in the air intake device and a control valve is installed that allows part or all of it to pass through outside air past the heat exchanger.

2. A device for controlling the temperature of the air at the inlet of a gas turbine installation, comprising a heat exchanger installed with overlapping of the passageway of the air intake device, an energy source and means for supplying energy to the heat exchanger, characterized in that the heat exchanger is mounted for rotation around its transverse axis to pass part or all outside air past the heat exchanger.

3. The device according to claim 1 or 2, characterized in that as a source of energy a device is used that utilizes the heat of the exhaust gas of a gas turbine or a source of electrical energy.