RU2713785C1

RU2713785C1 - Gas-turbine unit for processing associated oil and various low-pressure gases into electric energy

Info

Publication number: RU2713785C1
Application number: RU2019113542A
Authority: RU
Inventors: Иван Георгиевич Лачугин; Александр Петрович Шевцов; Анатолий Иванович Сухов; Денис Александрович Базыкин; Владимир Юрьевич Хохлов
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью Финансово-промышленная компания "Космос-Нефть-Газ"
Priority date: 2019-04-29
Filing date: 2019-04-29
Publication date: 2020-02-07

Abstract

FIELD: power engineering.

SUBSTANCE: invention relates to power engineering and can be used in oil producing, gas producing and processing industries, where there are emissions of low-pressure gas of any composition. Gas-turbine plant for processing associated petroleum and various low-pressure gases into electric energy, comprising an air compressor, a turbine, a combustion chamber, an electric generator, air after-compressor heating device, equipped with injector, which inlet cavities are communicated with air outlet cavity from compressor and with system of high-pressure air supply from autonomous source, wherein the turbine comprises a reactive module mounted on the shaft of the air compressor, and an active module mounted on the electric generator shaft, with an opposite direction of rotation about the common axis, wherein nozzles of reactive module are made with possibility of cyclic transition of air into channels made in body of active module.

EFFECT: higher efficiency of electric power generation.

3 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области энергетики и может быть использовано в нефтедобывающих, газодобывающих и перерабатывающих отраслях, где имеют место выбросы низконапорного газа любого состава.The invention relates to the field of energy and can be used in the oil, gas and processing industries, where there are emissions of low-pressure gas of any composition.

Известна газотурбинная установка для переработки попутного нефтяного газа в электроэнергию, содержащая воздушный компрессор, турбину, камеру сгорания, электрогенератор, устройство подогрева воздуха после компрессора, включающее в себя теплообменный аппарат-регенератор, расположенный в выхлопной трубе, которая совместно с камерой сгорания выполнена в виде наземной факельной установки сжигания попутного нефтяного газа, при этом теплообменный аппарат-регенератор выполнен с последовательно расположенными камерами конвекции и радиации, а полость между камерами сообщена с полостью выхода из турбины, (патент RU №2650452, F02C 1/08, 2018) - прототип.Known gas turbine installation for processing associated petroleum gas into electricity, containing an air compressor, a turbine, a combustion chamber, an electric generator, a device for heating the air after the compressor, including a heat exchanger-regenerator located in the exhaust pipe, which together with the combustion chamber is made in the form of a ground a flare unit for flaring associated petroleum gas, while the heat exchanger-regenerator is made with sequentially located convection and radiation chambers and, and the cavity between the cameras is communicated with the cavity of the exit from the turbine, (patent RU No. 2650452, F02C 1/08, 2018) is a prototype.

Недостатком известной газотурбинной установки является необходимость поддержания высоких оборотов турбины, нагрева рабочего тела до достаточно высоких значений температуры.A disadvantage of the known gas turbine installation is the need to maintain high speed of the turbine, heating the working fluid to a sufficiently high temperature.

Задача, на решение которой направлено заявленное изобретение, заключается в устранении указанных недостатков - снижение оборотов турбины и температуры нагрева рабочего тела.The problem to which the claimed invention is directed, is to eliminate these drawbacks - reducing the speed of the turbine and the heating temperature of the working fluid.

Поставленная задача решается за счет того, что газотурбинная установка для переработки попутного нефтяного и различных низконапорных газов в электроэнергию, содержащая воздушный компрессор, турбину, камеру сгорания, электрогенератор, устройство подогрева воздуха после компрессора, включающее в себя теплообменный аппарат-регенератор, расположенный в выхлопной трубе, которая совместно с камерой сгорания выполнена в виде наземной факельной установки сжигания попутного нефтяного газа, теплообменный аппарат-регенератор выполнен с последовательно расположенными камерами конвекции и радиации, а полость между камерами сообщена с полостью выхода из турбины, согласно изобретению, турбина содержит реактивный модуль, установленный на валу воздушного компрессора, и активный модуль, установленный на валу электрогенератора, с противоположным направлением вращения, при этом сопла реактивного модуля выполнены с возможностью циклического перехода воздуха в каналы, выполненные в теле активного модуля.The problem is solved due to the fact that the gas turbine installation for processing associated petroleum and various low-pressure gases into electricity, containing an air compressor, a turbine, a combustion chamber, an electric generator, an air heating device after the compressor, including a heat exchanger-regenerator located in the exhaust pipe , which together with the combustion chamber is made in the form of a ground flare unit for the associated petroleum gas combustion, the heat exchanger-regenerator is made with the last according to the invention, the turbine contains a reactive module mounted on the shaft of the air compressor, and an active module mounted on the shaft of the electric generator, with the opposite direction of rotation, while the jet nozzle the module is configured to cyclically transfer air into channels made in the body of the active module.

При таком исполнении турбины реактивный модуль используется для привода компрессора, а активный модуль используется для выработки полезной мощности на электрогенераторе, в результате чего отпадает необходимость нагрева рабочего тела (воздуха) до высоких температур, а это влечет за собой уменьшение расхода топлива. Также данная турбина является низкооборотной.With this design of the turbine, the reactive module is used to drive the compressor, and the active module is used to generate useful power on the electric generator, as a result of which there is no need to heat the working fluid (air) to high temperatures, and this entails a reduction in fuel consumption. Also, this turbine is low speed.

Предлагаемая конструкция газотурбинной установки изображена схематично на фиг. 1.The proposed design of a gas turbine installation is shown schematically in FIG. 1.

Газотурбинная установка содержит воздушный компрессор 1, реактивный модуль 2, активный модуль 3, электрогенератор 4, устройство 5 подогрева воздуха после компрессора. Газ к устройству 5 подогрева воздуха подводится по трубопроводу 6, а воздух из атмосферы подводится по трубопроводу 7. Кроме того, устройство 5 подогрева воздуха снабжено инжектором 8, подключенным трубопроводами 9 и 10 соответственно к автономному источнику подачи воздуха высокого давления (на Фиг. 1 источник не показан) и к воздушному компрессору 1.The gas turbine installation contains an air compressor 1, a reactive module 2, an active module 3, an electric generator 4, a device 5 for heating the air after the compressor. Gas to the air heating device 5 is supplied through the pipeline 6, and air from the atmosphere is supplied through the pipeline 7. In addition, the air heating device 5 is equipped with an injector 8 connected by pipelines 9 and 10 to an autonomous source of high pressure air supply (Fig. 1 source not shown) and to the air compressor 1.

Газотурбинная установка работает следующим образом.Gas turbine installation operates as follows.

С помощью подачи попутного нефтяного газа по трубопроводу 6 и по трубопроводу 7 - воздуха из атмосферы к устройству 5 подогрева воздуха организуется процесс горения. Продукты сгорания, уходящие в атмосферу, нагревают теплообменные трубы устройства 5 подогрева воздуха. При этом с помощью инжектора 8 при небольшом давлении (менее 0,1 МПа) осуществляется продувка труб регенератора. После прогрева конструкции устройства 5 подогрева воздуха до определенной температуры с помощью инжектора 8 создается поток рабочего тела (воздуха) через воздушный компрессор 1, после которого воздух проходит через устройство 5. Затем нагретый воздух поступает в реактивный модуль 2. Наличие расхода воздуха через реактивный модуль 2 приводит к его вращению, и соответственно, - к вращению вала воздушного компрессора 1. На выходе из сопел реактивного модуля 2 воздух подается в каналы, выполненные в теле активного модуля 3, приводя его во вращение в другую сторону, а следовательно - к вращению вала электрогенератора 4. Повышение температуры воздуха, подаваемого в реактивный модуль 2, приводит к интенсификации вращения роторов, и при определенной величине температуры роторы выходят на режим «самохода» (режима, когда мощность на реактивном модуле 2 становится больше мощности воздушного компрессора 1). После достижения этого режима подача воздуха инжектором 8 прекращается. Увеличением расхода топливного газа, поступающего в устройство 5 подогрева воздуха, газотурбинная установка выходит на номинальный режим.By supplying associated petroleum gas through pipeline 6 and through pipeline 7, air from the atmosphere to the air heating device 5, a combustion process is organized. The products of combustion leaving in the atmosphere heat the heat exchange pipes of the device 5 for heating the air. In this case, using the injector 8 at low pressure (less than 0.1 MPa), the regenerator pipes are purged. After heating the design of the device 5 to heat the air to a certain temperature using the injector 8, a flow of the working fluid (air) through the air compressor 1 is created, after which the air passes through the device 5. Then the heated air enters the reactive module 2. The presence of air flow through the reactive module 2 leads to its rotation, and accordingly, to the rotation of the shaft of the air compressor 1. At the outlet of the nozzles of the reactive module 2, air is supplied to the channels made in the body of the active module 3, bringing it into rotation to the other side, and therefore to rotation of the shaft of the electric generator 4. An increase in the temperature of the air supplied to the reactive module 2 leads to an intensification of the rotation of the rotors, and at a certain temperature, the rotors go to the "self-propelled" mode (the mode when the power on the reactive module 2 becomes more power of the air compressor 1). After reaching this mode, the air supply to the injector 8 is stopped. By increasing the flow rate of fuel gas entering the air heating device 5, the gas turbine installation reaches its nominal mode.

В предлагаемой установке конструкция реактивного модуля может быть выполнена в виде «Сегнерова колеса», работа которого основана на реактивном действии потока воздуха. Конструкция активного модуля может представлять собой диск с рабочими лопатками, расположенными над «Сегнеровым колесом» и образующими каналы, в которые воздух циклически переходит из реактивного модуля, тем самым приводя диск во вращение. Данное исполнение не требует нагрева воздуха до высоких температур, турбина при этом является низкооборотной.In the proposed installation, the design of the reactive module can be made in the form of a “Segner wheel”, the operation of which is based on the reactive action of the air stream. The design of the active module can be a disk with rotor blades located above the Segner wheel and forming channels into which air cyclically passes from the reactive module, thereby bringing the disk into rotation. This design does not require heating the air to high temperatures, while the turbine is low-speed.

Таким образом, предлагаемая конструкция газотурбинной установки позволяет решить поставленные задачи, повысить экономичность и эффективность установки для получения электроэнергии из различных углеводородных низконапорных газов.Thus, the proposed design of the gas turbine installation allows us to solve the tasks, increase the efficiency and effectiveness of the installation for generating electricity from various low-pressure hydrocarbon gases.

Claims

1. A gas turbine installation for processing associated petroleum and various low-pressure gases into electricity, comprising an air compressor, a turbine, a combustion chamber, an electric generator, an air heating device after the compressor, including a heat exchanger-regenerator located in the exhaust pipe, which together with the combustion chamber made in the form of a ground flare unit for flaring associated petroleum gas, the heat exchanger-regenerator is made with sequentially located convection chambers and radiation, and the cavity between the chambers is connected with the cavity of the exit from the turbine, characterized in that the turbine contains a reactive module mounted on the shaft of the air compressor, and an active module mounted on the shaft of the electric generator with the opposite direction of rotation, while the nozzles of the reactive module are made with the possibility of cyclic transition of air into the channels made in the body of the active module.

2. A gas turbine installation according to claim 1, characterized in that in the embodiment the reactive module is made in the form of a “Segner wheel”.

3. A gas turbine installation according to claim 1, characterized in that, in the embodiment, the active module is made in the form of a disk with rotor blades located above the “Segner wheel”.