RU2647013C1 - Method of operation of the compressed-air power station - Google Patents

Method of operation of the compressed-air power station Download PDF

Info

Publication number
RU2647013C1
RU2647013C1 RU2017106447A RU2017106447A RU2647013C1 RU 2647013 C1 RU2647013 C1 RU 2647013C1 RU 2017106447 A RU2017106447 A RU 2017106447A RU 2017106447 A RU2017106447 A RU 2017106447A RU 2647013 C1 RU2647013 C1 RU 2647013C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
gas turbine
steam
air
turbine
recovery boiler
Prior art date
Application number
RU2017106447A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Сергей Владимирович Новичков
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А." (СГТУ имени Гагарина Ю.А.)
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 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А." (СГТУ имени Гагарина Ю.А.) filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А." (СГТУ имени Гагарина Ю.А.)
Priority to RU2017106447A priority Critical patent/RU2647013C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2647013C1 publication Critical patent/RU2647013C1/en

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01KSTEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K25/00Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for
    • F01K25/06Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for using mixtures of different fluids

Landscapes

  • Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)

Abstract

FIELD: heat-and-power engineering.
SUBSTANCE: invention relates to heat engineering. Method of operation of the compressed-air power station is characterized by the fact that the outgoing gases after the gas turbine enter the recovery boiler, which is a part of an additional installed waste treating circuit. One part of the steam produced by the recovery boiler is supplied for expansion and work performance into the steam turbine as part of an additional installed waste treating circuit, steam exhausted after the steam turbine is sent to the condenser, the condensate from the condenser is pumped to the recovery boiler by a condensate pump. Other part of the steam generated by the recovery boiler is supplied for injection into the combustion chamber of the gas turbine, thereby increasing the consumption of combustion products through the flowing part of the gas turbine. Compressed air is heated in the regenerator, with the exhaust gases after the recovery boiler. Invention makes provides increased electric power of the compressed-air power station by increasing the electric power of the steam turbine as part of an additional installed waste treating circuit, using the excess heat of the exhaust gases of the gas turbine, and also by increasing the power of the gas turbine by injecting a portion of the steam, produced by the recovery boiler as part of an additional installed waste treating circuit using the excess heat of the exhaust gases of the gas turbine.
EFFECT: invention makes provides increased electric power of the compressed-air power station by increasing the electric power of the steam turbine as part of an additional installed waste treating circuit.
1 cl, 1 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к устройствам для выработки электроэнергии при покрытии переменной нагрузки электропотребления на основе технологии воздушного аккумулирования энергии и может быть использовано в теплоэнергетике.The invention relates to devices for generating electricity when covering a variable load of power consumption based on air energy storage technology and can be used in power engineering.

Известны различные схемы воздушно-аккумулирующих газотурбинных электростанций (ВАГТЭ), реализующие возможность использования вырабатываемой ночью электроэнергии для покрытия пиков нагрузки. Компрессорная группа ВАГТЭ приводится во вращение электрическим двигателем, потребляющим недорогую электроэнергию. Воздух закачивается в воздушный аккумулятор, где его энергия сохраняется. В часы пика нагрузки воздух забирается из воздушного аккумулятора, подогревается за счет сжигания топлива и расширяется в турбине, вращающей электрический генератор. Как известно, уходящие газы газовой турбины имеют значительный энергетический потенциал, который в известных схемах ВАГТЭ используется не полностью.There are various schemes of air-accumulating gas turbine power plants (VAGTE) that realize the possibility of using the electricity generated at night to cover peak loads. The VAGTE compressor group is driven by an electric motor that consumes low-cost electricity. Air is pumped into the air accumulator, where its energy is stored. At peak hours, air is taken from the air accumulator, heated by burning fuel, and expanded in a turbine rotating an electric generator. As is known, the exhaust gases of a gas turbine have a significant energy potential, which is not fully used in the known AHTEG schemes.

Известен способ работы ВАГТЭ [Ольховский Г.Г. и др. Воздушно-аккумулирующие газотурбинные электростанции (ВАГТЭ). М.: РГУ нефти и газа имени И.М. Губкина, 2011, рис. 3.1], содержащей компрессорную группу в составе компрессоров высокого и низкого давлений, закачивающих воздух с давлением 6-7 МПа в подземный аккумулятор воздуха. В период разрядки воздух подается к газовой турбине с давлением 4,2 МПа, которое поддерживается постоянным при изменяющемся давлении в аккумуляторе. Уходящие газы после газовой турбины выбрасываются в атмосферу.There is a known method of operation of VAGTE [Olkhovsky G.G. etc. Air-accumulating gas turbine power plants (VAGTE). M .: Russian State University of Oil and Gas named after I.M. Gubkina, 2011, Fig. 3.1], containing a compressor group consisting of high and low pressure compressors pumping air with a pressure of 6-7 MPa into an underground air accumulator. During the discharge period, air is supplied to a gas turbine with a pressure of 4.2 MPa, which is maintained constant at a varying pressure in the accumulator. The flue gases after the gas turbine are released into the atmosphere.

Недостатком известного способа является достаточно высокая температура уходящих газов, выбрасываемых в атмосферу, что приводит к снижению экономичности установки.The disadvantage of this method is the relatively high temperature of the exhaust gases emitted into the atmosphere, which leads to a decrease in the efficiency of the installation.

Известен способ работы ВАГТЭ [Ольховский Г.Г. и др. Воздушно-аккумулирующие газотурбинные электростанции (ВАГТЭ). М.: РГУ нефти и газа имени И.М. Губкина, 2011, с. 131, рис. 3.9], который представляет собой схему с подземным аккумулятором постоянного давления, которое поддерживается с помощью столба жидкости, соединяющего подземную емкость с расположенным на поверхности водоемом. При расходовании воздуха вода заполняет аккумулятор, при зарядке - вытесняется в пруд. В период спада электрической нагрузки в компрессорах низкого, среднего и высокого давлений сжимают воздух, забираемый из окружающей среды, охлаждают в промежуточных охладителях воздуха циркуляционной водой из градирни. После компрессора высокого давления сжатый воздух также охлаждают в концевом охладителе циркуляционной водой из градирни до 60°С и направляют в воздушный аккумулятор. В период подъема электрической нагрузки сжатый воздух направляют к регенератору газовой турбины. Подогретый в регенераторе сжатый воздух направляют в камеру сгорания высокого давления, смешивают с топливом и увеличенный объем продуктов сгорания подают в проточную часть газовой турбины высокого давления (ТВД). Из ТВД продукты сгорания направляют в камеру сгорания низкого давления, опять смешивают с топливом и подают в проточную часть газовой турбины низкого давления (ТНД). Недостатком данного способа является достаточно большое количество теплоты уходящих газов выбрасываемых в атмосферу, которое можно было бы утилизировать с целью дальнейшего повышения экономичности установки.There is a known method of operation of VAGTE [Olkhovsky G.G. etc. Air-accumulating gas turbine power plants (VAGTE). M .: Russian State University of Oil and Gas named after I.M. Gubkina, 2011, p. 131, Fig. 3.9], which is a circuit with an underground constant pressure accumulator, which is supported by a column of liquid connecting the underground tank with a body of water located on the surface. When air is consumed, water fills the battery; when charging, it is forced into the pond. In the period of a decrease in the electrical load in compressors of low, medium and high pressure, the air taken from the environment is compressed, it is cooled in the intermediate air coolers by circulating water from the cooling tower. After the high-pressure compressor, the compressed air is also cooled in the end cooler by circulating water from the tower to 60 ° C and sent to the air accumulator. During the rise of the electrical load, the compressed air is directed to a gas turbine regenerator. Heated compressed air in the regenerator is sent to a high-pressure combustion chamber, mixed with fuel and an increased volume of combustion products is fed into the flow part of a high-pressure gas turbine (HPT). From the high pressure fuel, the combustion products are sent to the low-pressure combustion chamber, mixed again with the fuel and fed to the flow part of the low-pressure gas turbine (LPT). The disadvantage of this method is a sufficiently large amount of heat of the exhaust gases emitted into the atmosphere, which could be disposed of in order to further increase the efficiency of the installation.

Известны способы работы ВАГТЭ [Ольховский Г.Г. и др. Воздушно-аккумулирующие газотурбинные электростанции (ВАГТЭ). М.: РГУ нефти и газа имени И.М. Губкина, 2011, рис. 3.17, 3.18, 4.1, 4.5, 7.1], также содержащие регенератор, в котором подогревается воздух, поступающий из воздушного аккумулятора уходящими газами газовой турбины. Подогретый в регенераторе воздух подается в камеру сгорания газовой турбины, тем самым позволяя экономить сжигаемое топливо. Недостатком данных способов является достаточно большое количество теплоты уходящих газов выбрасываемых в атмосферу, которое можно было бы утилизировать с целью дальнейшего повышения экономичности установки.Known methods of operation of VAGTE [Olkhovsky G.G. etc. Air-accumulating gas turbine power plants (VAGTE). M .: Russian State University of Oil and Gas named after I.M. Gubkina, 2011, Fig. 3.17, 3.18, 4.1, 4.5, 7.1], also containing a regenerator in which the air coming from the air accumulator is heated by the exhaust gases of a gas turbine. Heated air in the regenerator is fed into the combustion chamber of a gas turbine, thereby saving fuel burned. The disadvantage of these methods is a sufficiently large amount of heat of the exhaust gases emitted into the atmosphere, which could be disposed of in order to further increase the efficiency of the installation.

Известны способы работы ВАГТЭ [Ольховский Г.Г. и др. Воздушно-аккумулирующие газотурбинные электростанции (ВАГТЭ). М.: РГУ нефти и газа имени И.М. Губкина, 2011, рис. 2.12, 2.13, 2.14, 5.1а, 5.1б], содержащие турборасширительную воздушную турбину. Сжатый воздух из воздушного аккумулятора в режиме генерации подогревается в регенераторе отработавшими газами газовой турбины, расширяется в воздушной турборасширительной турбине с выработкой дополнительной электрической энергии и далее используется в схеме газотурбинной установки (ГТУ). Уходящие газы после ГТУ выбрасываются в атмосферу.Known methods of operation of VAGTE [Olkhovsky G.G. etc. Air-accumulating gas turbine power plants (VAGTE). M .: Russian State University of Oil and Gas named after I.M. Gubkina, 2011, Fig. 2.12, 2.13, 2.14, 5.1a, 5.1b] containing a turbo-expansion air turbine. Compressed air from the air accumulator in the generation mode is heated in the exhaust gas generator of the gas turbine, expanded in the air turbine expansion turbine with the generation of additional electric energy, and then used in the gas turbine unit (GTU) circuit. The exhaust gases after gas turbine are emitted into the atmosphere.

Недостатком данных способов является пониженная температура охлажденного в турборасширителе воздуха, используемого затем в камере сгорания ГТУ, что приводит к снижению экономичности производства пиковой энергии на базе аккумулированного воздуха.The disadvantage of these methods is the reduced temperature of the air cooled in the turbo expander, which is then used in the gas turbine combustion chamber, which leads to a decrease in the efficiency of the production of peak energy based on accumulated air.

Одним из методов повышения экономичности производства электроэнергии на базе избыточной теплоты продуктов сгорания газотурбинной установки является впрыск водяного пара в камеру сгорания газовой турбины.One of the methods to increase the efficiency of electricity production based on the excess heat of the combustion products of a gas turbine installation is the injection of water vapor into the combustion chamber of a gas turbine.

Известен способ работы газотурбинной установки с впрыском водяного пара [патент на изобретение №2527010, МПК F02C 3/30. Газотурбинная установка с впрыском водяного пара / Иванов А.А.]. Газотурбинная установка с впрыском водяного пара в контур ГТУ содержит компрессор для сжатия воздуха, топливный насос, средства для подачи топлива, камеру сгорания, куда поступает сжатый компрессором воздух и подаваемое топливо и где происходит их смешение, воспламенение и сгорание, газовую турбину, электрогенератор для выработки электроэнергии, механические средства для передачи механической энергии от турбины на работу компрессора и вращение электрогенератора, котел-утилизатор, предназначенный для нагрева подаваемой воды и получения пара за счет теплоты продуктов сгорания, систему впрыска пара в камеру сгорания, дополнительную систему подачи вещества для ускорения сгорания топлива и продуктов его высокотемпературных превращений (активатора горения) и систему смешения активатора горения с водяным паром, впрыскиваемым в камеру сгорания. Изобретение позволяет ускорить процесс горения, увеличить полноту сгорания метана, повысить КПД ГТУ, снизить вредные выбросы оксидов азота и угарного газа, увеличить удельную мощность ГТУ, снизить удельный расход топлива в ГТУ.A known method of operation of a gas turbine installation with steam injection [patent for the invention No. 2527010, IPC F02C 3/30. Gas turbine unit with water vapor injection / Ivanov A.A.]. A gas turbine unit with water vapor injection into a gas turbine circuit contains a compressor for compressing air, a fuel pump, means for supplying fuel, a combustion chamber, where compressed air and fuel are supplied and where they are mixed, ignited and burned, a gas turbine, an electric generator for generating electricity, mechanical means for transferring mechanical energy from the turbine to the compressor and the rotation of the generator, a waste heat boiler designed to heat the supplied water and received steam due to the heat of the combustion products, a steam injection system into the combustion chamber, an additional substance supply system to accelerate the combustion of fuel and products of its high-temperature transformations (combustion activator), and a system for mixing the combustion activator with water vapor injected into the combustion chamber. The invention allows to accelerate the combustion process, increase the completeness of methane combustion, increase the efficiency of gas turbines, reduce harmful emissions of nitrogen oxides and carbon monoxide, increase the specific power of gas turbines, and reduce the specific fuel consumption in gas turbines.

Однако данный способ предназначен только для газотурбинных установок, в которых циклы сжатия в компрессоре, сжигания в камере сгорания и расширения в газовой турбине не разделены во времени, и не предназначен для воздушно-аккумулирующих газотурбинных электростанций, в которых циклы сжатия в компрессоре протекают в период суточного спада электрической нагрузки, а циклы сжигания в камере сгорания и расширения в газовой турбине - в период суточного подъема электрической энергии, т.е. циклы сжатия, сжигания и выработки разделены во времени. Кроме того, не рассмотрена возможность выработки электроэнергии паротурбинной установкой, достигаемой пропуском в паровую турбину пара, произведенного котлом-утилизатором после утилизации избыточного тепла уходящих газов газовой турбины.However, this method is intended only for gas turbine plants in which the compression cycles in the compressor, combustion in the combustion chamber and expansion in the gas turbine are not separated in time, and is not intended for air-accumulating gas turbine power plants in which the compression cycles in the compressor take place during the daily decrease in electric load, and combustion cycles in the combustion chamber and expansion in a gas turbine - during the period of daily rise in electric energy, i.e. The cycles of compression, combustion and production are separated in time. In addition, the possibility of generating electricity by a steam turbine installation, achieved by passing steam into the steam turbine produced by the recovery boiler after utilizing the excess heat of the exhaust gases of the gas turbine, was not considered.

Другим способом повышения экономичности производства электроэнергии на базе избыточной теплоты продуктов сгорания газотурбинной установки является комбинирование газовых и паровых циклов.Another way to increase the efficiency of electricity production based on the excess heat of the combustion products of a gas turbine plant is to combine gas and steam cycles.

Известны комбинированные парогазовые схемы, в которых уходящие газы ГТУ направляются в котел-утилизатор, где значительная часть теплоты передается пароводяному рабочему телу и генерируется пар, который поступает в паровую турбину [Андрющенко А.И., Лапшов В.Н. Парогазовые установки электростанций. М-Л.: Энергия, 1965, рис. 1.9, 1.10, 7.11 б], [Арсеньев Л.В. и др. Комбинированные установки с газовыми турбинами. Л.: Машиностроение, 1982, рис. 11.1 а, б, в], [Цанев С.В. и др. Газотурбинные и парогазовые установки тепловых электростанций. М.: МЭИ, 2002, рис. 8.1]. Парогазовые установки с котлом-утилизатором отличаются простотой и высокой эффективностью производства электрической энергии.Combined steam-gas schemes are known in which GTU exhaust gases are sent to a waste heat boiler, where a significant part of the heat is transferred to the steam-water working fluid and steam is generated that enters the steam turbine [Andryushchenko A.I., Lapshov V.N. Combined cycle plants of power plants. M-L .: Energy, 1965, fig. 1.9, 1.10, 7.11 b], [Arseniev L.V. and others. Combined installations with gas turbines. L .: Engineering, 1982, Fig. 11.1 a, b, c], [Tsanev S.V. etc. Gas-turbine and combined-cycle plants of thermal power plants. M .: MPEI, 2002, Fig. 8.1]. Combined cycle plants with a recovery boiler are simple and highly efficient in the production of electrical energy.

Недостатком известных способов является то, что отсутствует возможность аккумулирования сжатого компрессором воздуха в часы провала электрической нагрузки с целью дальнейшего его использования в газовой турбине в период пика электрической нагрузки.A disadvantage of the known methods is that there is no possibility of accumulation of compressed air by the compressor during the hours of failure of the electric load in order to further use it in a gas turbine during the peak of the electric load.

Известен способ работы газотурбинной электростанции [DE 3331153, кл. F02C 3/14, 14.03.1985, фиг. 3], относящейся к установкам бинарного типа, в котором уходящие газы после газовой турбины 24 поступают в котлы-утилизаторы 34 и 38, выполненные в виде единого интегрированного блока. Пар, выработанный котлом-утилизатором 34, подают для расширения и совершения работы в паровую турбину 110, а пар, выработанный котлом утилизатором 38, разделяется на два потока. Одна часть этого потока направляется в паровую турбину 110. Конденсат из конденсатора 84 конденсатным насосом 88 перекачивается в котлы-утилизаторы 34 и 38. Другая часть пара, выработанная котлом-утилизатором 38, подается для впрыска в камеру сгорания 10 перед газовой турбины 24, тем самым увеличивают расход продуктов сгорания через проточную часть газовой турбины уходящими газами.A known method of operation of a gas turbine power plant [DE 3331153, cl. F02C 3/14, 03/14/1985, FIG. 3], related to installations of the binary type, in which the exhaust gases after the gas turbine 24 enter the waste heat boilers 34 and 38, made in the form of a single integrated unit. The steam generated by the recovery boiler 34 is supplied for expansion and operation to the steam turbine 110, and the steam generated by the recovery boiler 38 is divided into two streams. One part of this flow is directed to the steam turbine 110. Condensate from the condenser 84 by the condensate pump 88 is pumped to the recovery boilers 34 and 38. The other part of the steam generated by the recovery boiler 38 is supplied for injection into the combustion chamber 10 in front of the gas turbine 24, thereby increase the consumption of combustion products through the flow part of the gas turbine flue gases.

Недостатком известного способа является то, что отсутствует возможность аккумулирования сжатого компрессором воздуха в часы провала электрической нагрузки с целью дальнейшего его использования в газовой турбине в период пика электрической нагрузки.The disadvantage of this method is that there is no possibility of accumulation of compressed air by the compressor during hours of failure of the electric load with a view to its further use in a gas turbine during the peak of the electric load.

Наиболее близким техническим решением (аналогом) является способ работы воздушно-аккумулирующей газотурбинной установки [патент на изобретение №2529615, МПК F01K 25/06. Способ аккумулирования энергии / Столяревский А.Я.]. В энергоустановку подают из хранилища сжатый воздух, а также газообразное топливо, продукты сжигания которого используют в периоды увеличения нагрузки электросети для газотурбинного привода мотор-генератора, который в периоды провала нагрузки электросети используют для сжатия воздуха и нагнетания его в хранилище сжатого воздуха, по меньшей мере часть сжатого воздуха, отбираемого из хранилища сжатого воздуха, используют для проведения паровоздушной конверсии природного газа в адиабатическом реакторе конверсии, продукты которой подают в периоды увеличения нагрузки электросети на сжигание в потоке сжатого воздуха с получением продуктов сгорания, подаваемых на расширение в газотурбинный привод мотор-генератора, а затем на охлаждение в водяном парогенераторе, из которого вырабатываемый водяной пар подают на смешение со сжатым воздухом перед паровоздушной конверсией природного газа. Способ позволяет за счет утилизации тепловой энергии продуктов сгорания в парогенераторе и применения сжатого воздуха, запасаемого в хранилище за счет провальной электроэнергии, получить водородосодержащую парогазовую смесь с повышенным содержанием водорода, сжигание которой повышает мощность газовой турбины в пиковом режиме и снижает выбросы вредных веществ.The closest technical solution (analog) is the method of operation of an air-accumulating gas turbine installation [patent for invention No. 2529615, IPC F01K 25/06. The method of energy storage / Stolyarevsky A.Ya.]. Compressed air, as well as gaseous fuel, is supplied to the power plant from the storage, the combustion products of which are used during periods of increasing power supply load for a gas turbine drive of the motor generator, which during periods of failure of the power supply is used to compress air and pump it into the compressed air storage, at least part of the compressed air taken from the compressed air storage is used to conduct steam-air conversion of natural gas in an adiabatic conversion reactor, whose products t during periods of increasing load of the power grid for burning compressed air in a stream to produce combustion products supplied for expansion into the gas turbine drive of the motor generator, and then for cooling in a water steam generator, from which the generated steam is mixed with compressed air before natural-air steam conversion gas. The method allows, by utilizing the thermal energy of the combustion products in the steam generator and using compressed air stored in the storage due to the failed electricity, to obtain a hydrogen-containing gas mixture with a high hydrogen content, the combustion of which increases the power of the gas turbine in peak mode and reduces emissions of harmful substances.

Недостатком аналога является то, что он применим только для воздушно-аккумулирующих установок, имеющих в своем составе адиабатический реактор конверсии для проведения паровоздушной конверсии природного газа. Кроме того, не рассмотрена возможность выработки электроэнергии паротурбинной установкой, достигаемой пропуском в паровую турбину пара, произведенного парогенератором после утилизации избыточного тепла уходящих газов газовой турбины с целью повышения экономичности работы воздушно-аккумулирующих установки.The disadvantage of the analogue is that it is applicable only to air-accumulating plants incorporating an adiabatic conversion reactor for conducting steam-air conversion of natural gas. In addition, the possibility of generating electricity by a steam turbine installation, achieved by passing steam into the steam turbine produced by the steam generator after utilizing the excess heat of the exhaust gases of the gas turbine in order to increase the efficiency of air-accumulating installations, was not considered.

Технической проблемой является недостаточная эффективность воздушно-аккумулирующей газотурбинной электростанции, а именно избыточная теплота уходящих газов газовой турбины не используется для выработки дополнительной электрической мощности и повышения экономичности работы воздушно-аккумулирующей газотурбинной электростанции.The technical problem is the insufficient efficiency of the air-accumulating gas turbine power plant, namely, the excess heat of the exhaust gases of the gas turbine is not used to generate additional electric power and increase the efficiency of the air-accumulating gas turbine power plant.

Техническая проблема решается тем, что в способе работы воздушно-аккумулирующей газотурбинной электростанции, позволяющем в период суточного подъема электрической нагрузки максимально полно использовать теплоту уходящих газов газовой турбины для генерации пара в дополнительно установленном котле-утилизаторе, часть пара, произведенного дополнительно установленным котлом-утилизатором, направить в дополнительно установленную паровую турбину, другую часть пара - в камеру сгорания газовой турбины, уходящие газы от дополнительно установленного котла-утилизатора направить в регенератор для подогрева воздуха после воздушного аккумулятора, тем самым выработать дополнительную электрическую мощность и повысить экономичность работы воздушно-аккумулирующей газотурбинной электростанции.The technical problem is solved by the fact that in the method of operation of an air-accumulating gas-turbine power plant, which allows during the period of a daily rise in electric load to make maximum use of the heat of the exhaust gases of a gas turbine to generate steam in an additionally installed waste-heat boiler, part of the steam produced by an additionally installed waste-heat boiler send to an additionally installed steam turbine, another part of the steam to the combustion chamber of the gas turbine, flue gases from the additionally installed claimed HRSG send to a regenerator for heating the air after the air battery, thereby to develop additional electrical power and enhance efficiency of the air-accumulating gas turbine power plant.

Сущность заявляемого изобретения заключается в том, что в способе работы воздушно-аккумулирующей газотурбинной электростанции в период суточного спада электрической нагрузки сжатый компрессором воздух подают в воздушный аккумулятор, в период суточного подъема электрической нагрузки воздух смешивают в камере сгорания с топливом и направляют для расширения и совершения работы в газовую турбину, уходящие газы после газовой турбины направляют в дополнительно установленный котел-утилизатор, одну часть выработанного котлом-утилизатором пара подают для расширения и совершения работы в дополнительно установленную паровую турбину, другую часть пара направляют в камеру сгорания газовой турбины.The essence of the claimed invention lies in the fact that in the method of operation of an air-accumulating gas-turbine power plant during a daily decline in electric load, the compressor compressed air is supplied to an air accumulator, during a daily rise in electric load, the air is mixed in the combustion chamber with fuel and sent to expand and perform work to a gas turbine, the exhaust gases after the gas turbine are sent to an additionally installed waste heat boiler, one part of the waste heat boiler generated steam is fed to expand and do work in the steam turbine is further installed, another part of the steam fed to the gas turbine combustor.

Технический результат заявляемого изобретения заключается в повышении электрической мощности воздушно-аккумулирующей газотурбинной электростанции за счет повышения электрической мощности паровой турбины, в составе дополнительно установленного утилизационного контура, использующего избыточное тепло уходящих газов газовой турбины, а также за счет повышения мощности газовой турбины, осуществляемого путем впрыска части пара, произведенного котлом-утилизатором в составе дополнительно установленного утилизационного контура, использующего избыточное тепло уходящих газов газовой турбины, что в целом повышает экономичность производства пиковой электроэнергии воздушно-аккумулирующей газотурбинной электростанции при неизменном расходе аккумулированного воздуха.The technical result of the claimed invention consists in increasing the electric power of an air-accumulating gas turbine power plant by increasing the electric power of a steam turbine, as part of an additionally installed recycling circuit using excess heat from the exhaust gases of a gas turbine, and also by increasing the power of a gas turbine by injecting a part steam produced by the recovery boiler as part of an additionally installed recovery circuit, using uyuschego waste heat of the gas turbine exhaust gases, which generally increases the peak-efficiency power generation air turbine power accumulating at a constant flow of air accumulated.

Технический результат заявляемого изобретения достигается за счет способа работы воздушно-аккумулирующей газотурбинной электростанции, заключающегося в повышении электрической мощности воздушно-аккумулирующей газотурбинной электростанции посредством выработки электроэнергии паротурбинной установкой, в составе дополнительно установленного утилизационного контура, достигаемой пропуском в паровую турбину части пара, произведенного котлом-утилизатором после утилизации избыточного тепла уходящих газов газовой турбины, а также посредством увеличения электрической мощности газовой турбины, достигаемой возрастанием количества продуктов сгорания через проточную часть газовой турбины после впрыска части пара, произведенного котлом-утилизатором после утилизации избыточного тепла уходящих газов газовой турбины. В результате заявляемого способа увеличивается электрическая мощность, экономичность и удельная выработка энергии на единицу расхода аккумулированного воздуха воздушно-аккумулирующей газотурбинной электростанции.The technical result of the claimed invention is achieved due to the method of operation of an air-accumulating gas-turbine power plant, which consists in increasing the electric power of an air-accumulating gas-turbine power plant by generating electricity from a steam-turbine plant, as part of an additionally installed recycling circuit, achieved by passing part of the steam produced by the recovery boiler to the steam turbine after utilizing the excess heat of the flue gases of the gas turbine, as well as means for increasing the electric power of the gas turbine, achieved by increasing the amount of combustion products through the flow part of the gas turbine after the injection of the steam produced by the recovery boiler after utilizing the excess heat of the exhaust gases of the gas turbine. As a result of the proposed method increases the electric power, efficiency and specific energy production per unit flow rate of the accumulated air of an air-accumulating gas turbine power plant.

Предлагаемое изобретение поясняется с помощью чертежа, на котором представлена схема воздушно-аккумулирующей газотурбинной электростанции, реализующая заявляемый способ.The invention is illustrated using the drawing, which shows a diagram of an air-accumulating gas turbine power plant that implements the inventive method.

Позициями на чертеже обозначены:The positions in the drawing indicate:

1 - компрессор;1 - compressor;

2 - охладитель воздуха;2 - air cooler;

3 - электрический двигатель;3 - electric motor;

4, 6 - трубопроводы сжатого воздуха;4, 6 - pipelines of compressed air;

5 - воздушный аккумулятор;5 - air battery;

7 - регенератор;7 - regenerator;

8 - камера сгорания;8 - combustion chamber;

9 - газовая турбина;9 - gas turbine;

10 - электрический генератор газовой турбины;10 - electric generator of a gas turbine;

11 - газоход уходящих газов газовой турбины;11 - flue gas duct of a gas turbine;

12 - котел-утилизатор;12 - waste heat boiler;

13 - паропровод;13 - steam line;

14 - паровая турбина;14 - steam turbine;

15 - паропровод впрыска пара;15 - steam injection pipe;

16 - электрический генератор паровой турбины;16 - electric generator of a steam turbine;

17 - конденсатор;17 - capacitor;

18 - конденсатный насос;18 - condensate pump;

19 - газоход уходящих газов котла-утилизатора;19 - flue gas duct of the waste heat boiler;

20 - дополнительно установленный утилизационный контур.20 - additionally installed recycling circuit.

Установка для реализации предлагаемого способа включает: компрессор 1, связанный через трубопровод сжатого воздуха 4, предварительно охлажденного в охладителе воздуха 2, с воздушным аккумулятором 5; электрический двигатель 3, приводящий в движение компрессор 1; регенератор 7, связанный с камерой сгорания 8 через трубопровод сжатого воздуха 6 с воздушным аккумулятором 5, через газоход уходящих газов котла-утилизатора 19 с котлом-утилизатором 12, входящим в состав дополнительно установленного утилизационного контура 20; газовую турбину 9, соединенную посредством газохода уходящих газов газовой турбины 11 с котлом-утилизатором 12; электрический генератор газовой турбины 10, приводимый в движение газовой турбиной 10; паропровод впрыска пара 15, впрыскиваемого в камеру сгорания 8, соединенный с котлом-утилизатором 12; паропровод 13 от котла-утилизатора 12 к паровой турбине 14, входящей в состав дополнительно установленного утилизационного контура 20; электрический генератор паровой турбины 16, приводимый в движение паровой турбиной 14; конденсатор 17, который связан выхлопным патрубком с паровой турбиной 14; конденсатный насос 18 для перекачки конденсата в котел-утилизатор 12.Installation for implementing the proposed method includes: a compressor 1, connected through a pipeline of compressed air 4, pre-cooled in an air cooler 2, with an air battery 5; an electric motor 3 driving a compressor 1; a regenerator 7, connected to the combustion chamber 8 through a compressed air pipe 6 with an air accumulator 5, through a flue gas duct of a recovery boiler 19 with a recovery boiler 12, which is part of an additionally installed recovery circuit 20; a gas turbine 9 connected by a flue gas duct of the gas turbine 11 to a recovery boiler 12; an electric generator of a gas turbine 10 driven by a gas turbine 10; a steam injection line of steam 15 injected into the combustion chamber 8 connected to the recovery boiler 12; steam line 13 from the recovery boiler 12 to the steam turbine 14, which is part of an additionally installed recovery circuit 20; an electric generator of a steam turbine 16 driven by a steam turbine 14; a condenser 17, which is connected by an exhaust pipe to a steam turbine 14; condensate pump 18 for pumping condensate into a waste heat boiler 12.

Предлагаемый способ работы воздушно-аккумулирующей газотурбинной электростанции осуществляют следующим образом.The proposed method of operation of an air-accumulating gas turbine power plant is as follows.

В период спада электрической нагрузки компрессор 1 приводят в движение электрическим двигателем 3, потребляя электроэнергию из сети.During the recession of the electrical load, the compressor 1 is driven by an electric motor 3, consuming electricity from the network.

Сжатый компрессором 1 воздух подают по трубопроводу сжатого воздуха 4 в воздушный аккумулятор 5, предварительно охладив в охладителе воздуха 5.Compressed air by compressor 1 is supplied via compressed air pipe 4 to air accumulator 5, after being cooled in air cooler 5.

В период подъема электрической нагрузки сжатый воздух из воздушного аккумулятора 5 направляют по трубопроводу сжатого воздуха 6, подогревают в регенераторе 7 и направляют в камеру сгорания 8 газовой турбины 9. В камере сгорания 8 подогретый сжатый воздух смешивают с топливом и впрыскиваемым паром, образующиеся продукты сгорания подают в газовую турбину 9 для расширения и совершения работы. Газовая турбина 9 приводит в движение электрический генератор газовой турбины 10, вырабатывающий электроэнергию.During the rise of the electric load, compressed air from the air accumulator 5 is sent through the compressed air pipe 6, heated in the regenerator 7 and sent to the combustion chamber 8 of the gas turbine 9. In the combustion chamber 8, the heated compressed air is mixed with fuel and injected steam, the resulting combustion products are fed into a gas turbine 9 for expansion and execution of work. The gas turbine 9 drives the electric generator of the gas turbine 10, generating electricity.

Продукты сгорания после газовой турбины 9 по газоходу уходящих газов газовой турбины 11 направляют в котел утилизатор 12, входящий в состав дополнительно установленного утилизационного контура 20, где за счет использования теплоты продуктов сгорания топлива вырабатывают в нем поток пара. Одну часть этого потока пара направляют по паропроводу 13 в паровую турбину 14, входящую в состав дополнительно установленного утилизационного контура 20, которая приводит в движение электрический генератор паровой турбины 16, вырабатывающий электроэнергию. Другую часть потока пара по паропроводу впрыска пара 15 - в камеру сгорания 8 для увеличения количества продуктов сгорания и повышения электрической мощности газовой турбины 9. Отработанный пар паровой турбины 14 по выхлопному патрубку направляют в конденсатор 17. Конденсат из конденсатора 17 с помощью конденсатного насоса 18 перекачивают в котел-утилизатор 12. Уходящие газы котла-утилизатора 12 по газоходу уходящих газов котла-утилизатора 19 направляют в регенератор 7 для подогрева сжатого воздуха, поступающего из воздушного аккумулятора 5 в камеру сгорания 8 газовой турбины 9 для выработки электрической энергии в период подъема электрической нагрузки.The combustion products after the gas turbine 9 through the exhaust gas duct of the gas turbine 11 are sent to the waste heat boiler 12, which is part of an additionally installed recycling circuit 20, where steam is generated in it by using the heat of the combustion products of the fuel. One part of this steam stream is sent through a steam line 13 to a steam turbine 14, which is part of an additionally installed recovery circuit 20, which drives the electric generator of the steam turbine 16, which generates electricity. Another part of the steam flow through the steam injection pipe 15 to the combustion chamber 8 to increase the amount of combustion products and increase the electric power of the gas turbine 9. The spent steam of the steam turbine 14 is sent through the exhaust pipe to the condenser 17. The condensate from the condenser 17 is pumped through the condensate pump 18 to the waste heat boiler 12. The flue gases of the waste heat boiler 12 are sent through the exhaust gas duct of the waste heat boiler 19 to the regenerator 7 for heating the compressed air coming from the air accumulator 5 to 8 Yeru combustion gas turbine 9 to generate electric power during the rise of the electrical load.

В качестве примера рассмотрим способ работы воздушно-аккумулирующей газотурбинной электростанции для следующих условий.As an example, we consider the method of operation of an air-accumulating gas turbine power plant for the following conditions.

В состав ВАГТЭ входит воздушный аккумулятор постоянного давления, в который подается воздух с давлением 6,6 МПа. Расход воздуха из воздушного аккумулятора равен 150 кг/с, давление воздуха перед камерой сгорания составляет 5,5 МПа; температура продуктов сгорания перед газовой турбиной принята 900°С. Время работы ВАГТЭ в режиме зарядки составляет 4 ч/сут, в режиме разрядки - 6 ч/сут.VAGTE includes a constant pressure air accumulator, into which air is supplied with a pressure of 6.6 MPa. The air flow rate from the air accumulator is 150 kg / s, the air pressure in front of the combustion chamber is 5.5 MPa; the temperature of the combustion products in front of the gas turbine adopted 900 ° C. The operation time of the AHTFE in the charging mode is 4 hours / day, in the discharge mode - 6 hours / day.

В таблице представлены расчеты схем ВАГТЭ с использованием уходящих газов газовой турбины для подогрева воздуха в регенераторе и с использованием уходящих газов газовой турбины в дополнительно установленном утилизационном контуре.The table shows the calculations of the VAGTE schemes using the exhaust gases of a gas turbine to heat the air in the regenerator and using the exhaust gases of a gas turbine in an additionally installed recycling circuit.

Figure 00000001
Figure 00000001

Как видно, использование в схеме ВАГТЭ теплоты уходящих газов газовой турбины в дополнительно установленном утилизационном контуре в составе котла-утилизатора и паровой турбины, а также впрыска пара в камеру сгорания газовой турбины, приводит к увеличению электрической мощности на 20,5%; электрического КПД - на 12,2%; удельной выработки энергии на единицу расхода аккумулированного воздуха - на 14,3%.As can be seen, the use of the heat of the exhaust gases of a gas turbine in an additionally installed recycling circuit as part of a recovery boiler and a steam turbine, as well as the injection of steam into the combustion chamber of a gas turbine, leads to an increase in electric power by 20.5%; electrical efficiency - by 12.2%; specific energy production per unit consumption of accumulated air - by 14.3%.

Таким образом, предлагаемое техническое решение позволяет осуществлять:Thus, the proposed technical solution allows you to:

- повышение экономичности производства пиковой электроэнергии при неизменном расходе аккумулированного воздуха;- increase the efficiency of the production of peak electricity with a constant flow of accumulated air;

- повышение электрической мощности воздушно-аккумулирующей газотурбинной электростанции за счет электрической мощности паровой турбины в составе дополнительно установленного утилизационного контура, использующего избыточное тепло уходящих газов газовой турбины;- increasing the electric power of the air-accumulating gas turbine power plant due to the electric power of the steam turbine as part of an additionally installed recycling circuit using excess heat from the exhaust gases of the gas turbine;

- повышение электрической мощности воздушно-аккумулирующей газотурбинной электростанции за счет повышения электрической мощности газовой турбины, осуществляемого путем впрыска части пара, произведенного котлом-утилизатором в составе дополнительно установленного утилизационного контура, использующего избыточное тепло уходящих газов газовой турбины;- increasing the electric power of the air-accumulating gas turbine power plant by increasing the electric power of the gas turbine by injecting part of the steam produced by the recovery boiler as part of an additionally installed recovery circuit using excess heat from the exhaust gases of the gas turbine;

- подогрев уходящими газами котла-утилизатора в составе дополнительно установленного утилизационного контура сжатого воздуха после воздушного аккумулятора, направляемого в период подъема электрической нагрузки для совершения работы в газовой турбине.- heating the exhaust gas of the recovery boiler as part of an additionally installed recycling circuit of compressed air after the air accumulator, which is sent during the rise of the electric load to perform work in a gas turbine.

Claims (1)

Способ работы воздушно-аккумулирующей газотурбинной электростанции, характеризующийся тем, что в период спада электрической нагрузки в компрессоре сжимают воздух, забираемый из окружающей среды, предварительно охлаждают и подают в воздушный аккумулятор; в период подъема электрической нагрузки сжатый воздух направляют из воздушного аккумулятора в камеру сгорания газовой турбины, предварительно нагревают в регенераторе, отличающийся тем, что уходящие газы после газовой турбины поступают в котел-утилизатор, который входит в состав дополнительно установленного утилизационного контура, одну часть выработанного котлом-утилизатором пара затем подают для расширения и совершения работы в паровую турбину в составе дополнительно установленного утилизационного контура, отработанный после паровой турбины пар направляют в конденсатор, конденсат из конденсатора конденсатным насосом перекачивают в котел-утилизатор; другую часть пара, выработанного котлом-утилизатором, подают для впрыска в камеру сгорания газовой турбины, тем самым увеличивают расход продуктов сгорания через проточную часть газовой турбины, уходящими газами после котла-утилизатора подогревают сжатый воздух в регенераторе.The method of operation of an air-accumulating gas turbine power plant, characterized in that during the period of a decrease in the electric load, air taken from the environment is compressed in the compressor, pre-cooled and fed to the air accumulator; during the rise of the electric load, compressed air is directed from the air accumulator to the combustion chamber of the gas turbine, preheated in a regenerator, characterized in that the exhaust gases after the gas turbine enter the recovery boiler, which is part of an additionally installed recovery circuit, one part of the generated by the boiler the steam utilizer is then fed to expand and perform work in a steam turbine as part of an additionally installed recovery circuit, worked out after steam steam turbine steam sent to the condenser, condensate from the condenser is pumped to the recovery boiler by a condensate pump; another part of the steam generated by the recovery boiler is supplied for injection into the combustion chamber of the gas turbine, thereby increasing the consumption of combustion products through the flow part of the gas turbine, and the exhaust air is heated by the exhaust gases from the recovery boiler.
RU2017106447A 2017-02-27 2017-02-27 Method of operation of the compressed-air power station RU2647013C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017106447A RU2647013C1 (en) 2017-02-27 2017-02-27 Method of operation of the compressed-air power station

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017106447A RU2647013C1 (en) 2017-02-27 2017-02-27 Method of operation of the compressed-air power station

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2647013C1 true RU2647013C1 (en) 2018-03-13

Family

ID=61629261

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2017106447A RU2647013C1 (en) 2017-02-27 2017-02-27 Method of operation of the compressed-air power station

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2647013C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109494772A (en) * 2018-12-29 2019-03-19 西安西热节能技术有限公司 It is a kind of using air as the energy storage peak shaving system of medium

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3331153A1 (en) * 1983-08-30 1985-03-14 Brown, Boveri & Cie Ag, 6800 Mannheim Gas turbine system for open process
RU2230921C2 (en) * 2001-03-12 2004-06-20 Александр Николаевич Уварычев Method of operation and steam-gas plant of power station operating on combination fuel (solid and gaseous or liquid fuel)
RU2261337C1 (en) * 2004-10-12 2005-09-27 Общество с ограниченной ответственностью "Самара-Авиагаз" Power and heating plant with open power and heat supply system
RU2467187C2 (en) * 2010-11-03 2012-11-20 ООО "Центр КОРТЭС" Method of operating gas turbine unit
RU2574105C2 (en) * 2010-10-29 2016-02-10 Нуово Пиньоне С.п.А. Systems and methods for preheating of compressed air

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3331153A1 (en) * 1983-08-30 1985-03-14 Brown, Boveri & Cie Ag, 6800 Mannheim Gas turbine system for open process
RU2230921C2 (en) * 2001-03-12 2004-06-20 Александр Николаевич Уварычев Method of operation and steam-gas plant of power station operating on combination fuel (solid and gaseous or liquid fuel)
RU2261337C1 (en) * 2004-10-12 2005-09-27 Общество с ограниченной ответственностью "Самара-Авиагаз" Power and heating plant with open power and heat supply system
RU2574105C2 (en) * 2010-10-29 2016-02-10 Нуово Пиньоне С.п.А. Systems and methods for preheating of compressed air
RU2467187C2 (en) * 2010-11-03 2012-11-20 ООО "Центр КОРТЭС" Method of operating gas turbine unit

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ОЛЬХОВСКИЙ Г.Г. и др. Воздушно-аккумулирующие газотурбинные электростанции (ВАГТЭ). М.: РГУ нефти и газа, 2011, с. 126, рис. 3.9. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109494772A (en) * 2018-12-29 2019-03-19 西安西热节能技术有限公司 It is a kind of using air as the energy storage peak shaving system of medium

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109441573B (en) Zero-carbon-emission natural gas combined power generation process for peak regulation
CN112780409B (en) Continuous detonation-based gas turbine and liquid compressed air energy storage coupling system and method
CN102518516B (en) Integral compressed air energy storage and coal gasification power generation system and integrated power generation method
CN104533621A (en) Dual-fuel steam injection direct-inverse gas turbine combined cycle
CN103644081A (en) Wind power generation, thermal power generation and compressed air energy storage integrated power generation system
CN111799819B (en) Coal gasification solid oxide fuel cell hybrid energy storage power generation system
CN103452670A (en) Micro gas turbine combined circulating system based on renewable energy sources
CN213807777U (en) Coupling system of thermal power generation system and compressed air energy storage system
RU2647013C1 (en) Method of operation of the compressed-air power station
RU2199020C2 (en) Method of operation and design of combination gas turbine plant of gas distributing system
CN109681325B (en) Natural gas-supercritical CO2 combined cycle power generation process
CN203532054U (en) Combined circulation system of microturbine based on renewable energy sources
RU2529615C1 (en) Method of energy accumulation
RU2643878C1 (en) Method of operation of the compressed-air power station with an absorption lithium bromide refrigerating system (lbrs)
CN214944465U (en) Gas-air-steam three-working-medium combined cycle power generation system
CN109578098A (en) The Natural Gas Co-generation electrification technique of zero carbon emission
CN209875312U (en) Thermal power generation system suitable for low-temperature environment
RU2328045C2 (en) Method of operating atomic steam-turbine power generating system and equipment for implementing method
RU126373U1 (en) STEAM GAS INSTALLATION
CN201786457U (en) Electricity generating device utilizing tail gas of fuel gas turbine
RU2272914C1 (en) Gas-steam thermoelectric plant
RU58613U1 (en) COMBINED STEAM-GAS UNIT WITH PARALLEL OPERATION DIAGRAM
CN109630269A (en) The natural gas-steam combined cycle clean power technique of zero carbon emission
RU2774931C1 (en) Method for obtaining peak electricity
RU2791638C1 (en) Gas-steam power plant