RU2767677C1 - Method of reducing the power of a gas turbine plant below its permissible lower limit of the control range - Google Patents

Method of reducing the power of a gas turbine plant below its permissible lower limit of the control range Download PDF

Info

Publication number
RU2767677C1
RU2767677C1 RU2021116102A RU2021116102A RU2767677C1 RU 2767677 C1 RU2767677 C1 RU 2767677C1 RU 2021116102 A RU2021116102 A RU 2021116102A RU 2021116102 A RU2021116102 A RU 2021116102A RU 2767677 C1 RU2767677 C1 RU 2767677C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
power
air
compressor
gas turbine
reducing
Prior art date
Application number
RU2021116102A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Юрий Аркадьевич Балашов
Павел Андреевич Березинец
Вероника Николаевна Маркина
Original Assignee
Акционерное общество "Интер РАО-Электрогенерация"
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 Акционерное общество "Интер РАО-Электрогенерация" filed Critical Акционерное общество "Интер РАО-Электрогенерация"
Priority to RU2021116102A priority Critical patent/RU2767677C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2767677C1 publication Critical patent/RU2767677C1/en

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02CGAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C9/00Controlling gas-turbine plants; Controlling fuel supply in air- breathing jet-propulsion plants

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)

Abstract

FIELD: heat power engineering.
SUBSTANCE: invention relates to heat engineering and can be used to convert a power gas turbine unit (GTU) as part of a combined-cycle gas turbine unit (CCGT) to maximum permissible minimum power. Method of reducing power of power gas turbine plant for its transfer to mode of minimum electric load as part of combined-cycle plant consists in fact, that reducing the supply of fuel and air compressed in the compressor to the combustion chamber to the permissible lower limit of the adjustment range, which is determined by the maximum permissible excess air coefficient. At that, after reaching the lower limit of the control range, the power of the gas turbine unit is further reduced by further reducing the supply of fuel to the combustion chamber and heating the air before the compressor due to the heat of the steam taken from the low-pressure cylinder of the steam turbine, further reducing its power and heat loss in the condenser, at that, controlling the level of air heating upstream of the compressor by the minimum allowable temperature of exhaust gases of the gas turbine unit and allowable emissions of nitrogen oxides into the atmosphere.
EFFECT: reduced air flow through the compressor, reduced power of the CCGT steam turbine and prevention of cold brittleness of compressor parts at ambient temperature below -20 °C when GTU operates under load below its permissible lower limit of control range as part of CCGT.
1 cl, 1 dwg

Description

Область использованияScope of use

Изобретение относится к области теплоэнергетики, и может быть использовано для осуществления перевода энергетической газотурбинной установки (ГТУ) в составе парогазовой установки (ПТУ) на предельно допустимую минимальную мощность.The invention relates to the field of thermal power engineering, and can be used to transfer a power gas turbine plant (GTP) as part of a combined cycle plant (CTP) to the maximum allowable minimum power.

Уровень техникиState of the art

За последние 10 лет в структуре генерирующих мощностей развитых стран значительно увеличилась доля возобновляемых источников энергии (солнца и ветра). Эти источники энергии являются естественно переменными и периодическое выбывание их мощности, прежде всего в дневное время, компенсируют мощные ГТУ в составе ПТУ.Over the past 10 years, the share of renewable energy sources (solar and wind) has significantly increased in the structure of generating capacities in developed countries. These energy sources are naturally variable and the periodic loss of their power, primarily during the daytime, is compensated by powerful gas turbines as part of the STP.

Уменьшение мощности энергетической ГТУ для перевода ее в режим минимальной электрической нагрузки может быть осуществлено путем уменьшения подачи топлива и сжатого в компрессоре воздуха в камеру сгорания до допустимого нижнего предела регулировочного диапазона, определяемого предельно допустимым коэффициентом избытка воздуха. Для поддержания в допустимых пределах температуры газов перед и за газовой турбиной при уменьшении мощности ГТУ необходимо вместе с уменьшением подачи топлива в камеру сгорания уменьшать и расход сжатого воздуха, нагнетаемого в нее компрессором так, чтобы не превышать заданное соотношение между ними (заданного предельно возможного коэффициента избытка воздуха). Для этого служит регулирующий количество поступающего на вход компрессора воздуха входной направляющий аппарат (ВНА). Однако возможности использования ВНА для уменьшения мощности ГТУ ограничены. Регулировочный диапазон мощности ГТУ за счет использования ВНА составляет 60-100% от ее номинальной мощности.The power reduction of the power gas turbine to transfer it to the minimum electrical load mode can be carried out by reducing the supply of fuel and air compressed in the compressor to the combustion chamber to the permissible lower limit of the control range, determined by the maximum permissible excess air coefficient. To maintain within acceptable limits the temperature of the gases before and after the gas turbine with a decrease in the power of the gas turbine, it is necessary, together with a decrease in the fuel supply to the combustion chamber, to reduce the consumption of compressed air injected into it by the compressor so as not to exceed the specified ratio between them (the specified maximum possible excess coefficient air). For this, the inlet guide vane (VNA) regulates the amount of air entering the compressor inlet. However, the possibilities of using VNA to reduce the power of gas turbines are limited. The adjustment range of GTU power due to the use of VNA is 60-100% of its nominal power.

К современным ГТУ предъявляются требования повышенной маневренности: их пуск и нагружение должны осуществляться с высокой скоростью, при этом они должны иметь возможность разгружаться ниже 60% от их номинальной мощности с сохранением высокой экономичности и экологической безопасности при снижении электрической нагрузки энергосети. Работая в режиме глубокого разгружения, но без расхолаживания паровой части ПТУ, ГТУ может при необходимости нагружаться сразу же с максимальной скоростью, непрерывно до 100% от ее номинальной мощности. При этом отпадают затраты энергии на разворот вала ГТУ в составе ПТУ и потери тепла от первоначального сброса пара из котла-утилизатора ПТУ в конденсатор ее паровой турбины. Однако по мере разгружения ГТУ ниже ее допустимого нижнего предела регулировочного диапазона, составляющего 60% от ее номинальной мощности, за счет повышения коэффициента избытка воздуха при дальнейшем уменьшении подачи топлива в камеру сгорания из-за ограничения возможности уменьшения расхода сжатого воздуха, поступающего из компрессора в камеру сгорания ГТУ, путем использования ВНА увеличивается эмиссия экологически вредных веществ и удельный расход тепла ПТУ.Modern gas turbines are subject to requirements for increased maneuverability: they must be started and loaded at high speed, while they must be able to unload below 60% of their rated power while maintaining high efficiency and environmental safety while reducing the electrical load of the power grid. Working in the deep unloading mode, but without cooling down the steam part of the STP, the GTP can, if necessary, be loaded immediately at maximum speed, continuously up to 100% of its rated power. At the same time, energy costs for the rotation of the GTU shaft as part of the STP and heat losses from the initial steam discharge from the STP waste-heat boiler to the condenser of its steam turbine are eliminated. However, as the gas turbine is unloaded below its permissible lower limit of the control range, which is 60% of its rated power, due to an increase in the excess air ratio with a further decrease in the fuel supply to the combustion chamber due to the limitation of the possibility of reducing the flow of compressed air supplied from the compressor to the chamber combustion of gas turbines, by using VNA, the emission of environmentally harmful substances and the specific heat consumption of gas turbines increase.

Из уровня техники известен принятый в качестве прототипа заявляемого изобретения способ уменьшения мощности энергетической ГТУ для перевода ее в режим минимальной электрической нагрузки в составе ПТУ, заключающийся в том, что уменьшают подачу топлива и сжатого в компрессоре воздуха в камеру сгорания до допустимого нижнего предела регулировочного диапазона, определяемого предельно допустимым коэффициентом избытка воздуха, при этом мощность газотурбинной установки после достижения нижней границы регулировочного диапазона дополнительно уменьшают путем регулируемого перепуска части сжатого в компрессоре воздуха на его вход, контролируя степень перепуска по минимально допустимой температуре выхлопных газов газотурбинной установки и допустимым выбросам в атмосферу оксидов азота (патент RU 2536458 С1, опубл. 27.12.2014 г. (далее - [1])).Known from the prior art adopted as a prototype of the claimed invention is a method for reducing the power of a power gas turbine to transfer it to the minimum electrical load mode as part of a PTU, which consists in reducing the supply of fuel and compressed air in the compressor to the combustion chamber to the permissible lower limit of the adjustment range, determined by the maximum allowable excess air coefficient, while the power of the gas turbine plant, after reaching the lower limit of the control range, is further reduced by controlled bypass of a part of the air compressed in the compressor to its inlet, controlling the degree of bypass according to the minimum allowable exhaust gas temperature of the gas turbine plant and allowable emissions of nitrogen oxides into the atmosphere (patent RU 2536458 C1, published on December 27, 2014 (hereinafter - [1])).

Согласно известному из [1] способу для перевода ГТУ в составе ПТУ в режим минимальной электрической нагрузки сначала уменьшают подачу топлива и сжатого компрессором воздуха в камеру сгорания до допустимого нижнего предела регулировочного диапазона, определяемого заданным предельно допустимым коэффициентом избытка воздуха. Мощность ГТУ после достижения нижней границы регулировочного диапазона дополнительно уменьшают путем перепуска части сжатого в компрессоре воздуха на его вход, контролируя степень перепуска воздуха с помощью регулятора по минимально допустимой температуре выхлопных газов ГТУ и с помощью оператора на пульте управления ГТУ по допустимым выбросам в атмосферу оксидов азота. Известным из [1] способом можно снизить расход подаваемого в камеру сгорания воздуха до более низких значений, чем от использования для этой цели регулируемого ВНА компрессора. Кроме того, при таком способе уменьшения мощности ГТУ расширяются регулировочные возможности в установлении требуемого соотношения топливо-воздух.According to the method known from [1] for transferring the GTP as part of the STP to the minimum electric load mode, the supply of fuel and air compressed by the compressor into the combustion chamber is first reduced to the permissible lower limit of the control range, determined by the specified maximum allowable excess air coefficient. After reaching the lower limit of the control range, the power of the gas turbine is additionally reduced by bypassing a part of the air compressed in the compressor to its inlet, controlling the degree of air bypass using the regulator for the minimum allowable temperature of the exhaust gases of the gas turbine and with the help of the operator on the control panel of the gas turbine for permissible emissions of nitrogen oxides into the atmosphere . The method known from [1] can reduce the flow rate of air supplied to the combustion chamber to lower values than by using an adjustable VHA compressor for this purpose. In addition, with this method of reducing the power of the gas turbine, the adjustment possibilities are expanded in establishing the required fuel-air ratio.

Основной недостаток известного из [1] способа уменьшения мощности энергетической ГТУ для перевода ее в режим минимальной электрической нагрузки в составе ПТУ заключается в том, что снижение мощности ГТУ и ПТУ от перепуска воздуха значительно больше, чем уменьшение расхода топлива в камеру сгорания, и следовательно экономичность ГТУ и ПТУ при глубоком разгружении уменьшается.The main disadvantage of the method known from [1] for reducing the power of a power gas turbine to transfer it to the minimum electrical load mode as part of a STP is that the reduction in power of the gas turbine and STP due to air bypass is much greater than the reduction in fuel consumption in the combustion chamber, and therefore the efficiency GTU and PTU decreases with deep unloading.

Раскрытие изобретенияDisclosure of invention

Задачей изобретения является обеспечение возможности снижения мощности ГТУ при работе под нагрузкой ниже ее допустимой нижней границы регулировочного диапазона в составе ПТУ без перепуска части сжатого воздуха на вход компрессора, а техническими результатами -уменьшение расхода воздуха через компрессор, уменьшение мощности паровой турбины ПТУ и предотвращение хладноломкости деталей компрессора при температуре наружного воздуха ниже -20°С при работе ГТУ под нагрузкой ниже ее допустимой нижней границы регулировочного диапазона в составе ПТУ.The objective of the invention is to provide the possibility of reducing the power of the gas turbine when operating under load below its permissible lower limit of the adjustment range as part of the STU without bypassing part of the compressed air to the compressor inlet, and the technical results are to reduce the air flow through the compressor, reduce the power of the steam turbine of the STP and prevent cold brittleness of parts compressor at an outdoor air temperature below -20°C when the GTU is operating under load below its permissible lower limit of the control range as part of the PTU.

Решение указанной задачи путем достижения указанных технических результатов обеспечивается тем, что способ уменьшения мощности энергетической газотурбинной установки для перевода ее в режим минимальной электрической нагрузки в составе парогазовой установки заключается в том, что уменьшают подачу топлива и сжатого в компрессоре воздуха в камеру сгорания до допустимого нижнего предела регулировочного диапазона, определяемого предельно допустимым коэффициентом избытка воздуха. Причем мощность газотурбинной установки после достижения нижней границы регулировочного диапазона дополнительно уменьшают посредством дальнейшего уменьшения подачи топлива в камеру сгорания и подогрева воздуха перед компрессором за счет тепла, отбираемого из паровой турбины, дополнительно снижая ее мощность и потерю тепла в конденсаторе, при этом контролируя уровень подогрева воздуха перед компрессором по минимально допустимой температуре выхлопных газов ГТУ и допустимым выбросам в атмосферу оксидов азота. Причем подогрев воздуха перед компрессором осуществляют за счет тепла пара, отбираемого из цилиндра низкого давления (ЦНД) паровой турбины.The solution to this problem by achieving these technical results is ensured by the fact that the method of reducing the power of a gas turbine power plant to transfer it to the minimum electrical load mode as part of a combined cycle plant consists in reducing the supply of fuel and compressed air in the compressor to the combustion chamber to an acceptable lower limit adjustment range, determined by the maximum allowable coefficient of excess air. Moreover, the power of the gas turbine plant, after reaching the lower limit of the control range, is further reduced by further reducing the fuel supply to the combustion chamber and heating the air in front of the compressor due to the heat taken from the steam turbine, further reducing its power and heat loss in the condenser, while controlling the level of air heating in front of the compressor according to the minimum allowable temperature of the gas turbine exhaust gases and allowable emissions of nitrogen oxides into the atmosphere. Moreover, the heating of the air in front of the compressor is carried out due to the heat of the steam taken from the low pressure cylinder (LPC) of the steam turbine.

Причинно-следственная связь между вышеуказанными техническими результатами и совокупностью существенных признаков формулы заявляемого изобретения заключается в следующем.The causal relationship between the above technical results and the totality of the essential features of the claims of the claimed invention is as follows.

Дополнительное уменьшение мощности ГТУ после достижения нижней границы ее регулировочного диапазона посредством дальнейшего уменьшения подачи топлива в камеру сгорания и подогрева воздуха перед компрессором за счет тепла пара, отбираемого из ступени ЦНД паровой турбины, дополнительно снижая ее мощность и потерю тепла в конденсаторе, позволяет уменьшить расход воздуха через компрессор и уменьшить мощность паровой турбины ПТУ при работе ГТУ ниже ее допустимой нижней границы регулировочного диапазона в составе ПТУ. Поскольку мощность газовой турбины прямо пропорциональна массе объемного расхода воздуха для снижения мощности ГТУ необходимо осуществлять предварительный подогрев воздуха перед компрессором для обеспечения снижения объемного расхода воздуха в камере сгорания, что также обеспечивает снижение расхода отработавших газов через котел-утилизатор, таким образом, снижая его паропроизводительность и, как следствие, дополнительно уменьшая мощность паровой турбины ПТУ. Предварительный подогрев воздуха перед компрессором также позволяет предотвращать хладноломкость деталей компрессора при температуре наружного воздуха ниже -20°С.An additional reduction in the power of the GTU after reaching the lower limit of its control range by further reducing the fuel supply to the combustion chamber and heating the air in front of the compressor due to the heat of the steam taken from the low pressure cylinder stage of the steam turbine, further reducing its power and heat loss in the condenser, makes it possible to reduce air consumption through the compressor and reduce the power of the steam turbine of the STP when the GTP is operating below its permissible lower limit of the control range as part of the STP. Since the power of the gas turbine is directly proportional to the mass of the volumetric air flow, in order to reduce the power of the gas turbine, it is necessary to preheat the air in front of the compressor to reduce the volumetric air flow in the combustion chamber, which also reduces the exhaust gas flow through the waste heat boiler, thus reducing its steam output and , as a result, further reducing the power of the steam turbine STP. Air preheating in front of the compressor also helps to prevent cold brittleness of compressor parts at outdoor air temperatures below -20°C.

При вышеуказанном способе уменьшения мощности ГТУ для перевода ее в режим минимальной электрической нагрузки в составе ПТУ расширяются регулировочные возможности в установлении требуемого соотношения топливо-воздух, что позволяет удовлетворить все требования, связанные с поддержанием необходимых величин коэффициента избытка воздуха, величины выбросов оксидов азота и температуры выхлопных газов на выходе из газовой турбины за счет контроля уровня подогрева воздуха перед компрессором по минимально допустимой температуре выхлопных газов ГТУ и допустимым выбросам в атмосферу оксидов азота.With the above method of reducing the power of the gas turbine to transfer it to the minimum electrical load mode, the STP expands the adjustment capabilities in setting the required fuel-air ratio, which makes it possible to satisfy all the requirements associated with maintaining the required values of the excess air coefficient, the amount of nitrogen oxide emissions and the temperature of the exhaust gases. gases at the outlet of the gas turbine by controlling the level of air heating in front of the compressor according to the minimum allowable temperature of the gas turbine exhaust gases and allowable emissions of nitrogen oxides into the atmosphere.

Краткое описание чертежаBrief description of the drawing

На чертеже изображена схема ПТУ с подогревом воздуха перед компрессором за счет тепла пара, отбираемого из паровой турбины.The drawing shows a diagram of a PTU with air heating in front of the compressor due to the heat of the steam taken from the steam turbine.

Описание позиций чертежаDescription of drawing items

1 - компрессор;1 - compressor;

1.1 - ВНА;1.1 - VNA;

1.2 - исполнительный механизм поворота ВНА;1.2 - VNA turning actuator;

2 - камера сгорания;2 - combustion chamber;

2.1 - регулирующий клапан топлива;2.1 - fuel control valve;

2.2 - топливная линия;2.2 - fuel line;

3 - газовая турбина;3 - gas turbine;

3.1 - линия выхлопных газов;3.1 - exhaust gas line;

4 - электрогенератор;4 - electric generator;

5 - котел-утилизатор;5 - waste heat boiler;

5.1 - линия уходящих газов;5.1 - flue gas line;

5.2 - линия пара высокого давления;5.2 - high pressure steam line;

5.3 - линия пара низкого давления;5.3 - low pressure steam line;

6 - дымовая труба;6 - chimney;

7 - паровая турбина;7 - steam turbine;

7.1 - линия отработанного пара;7.1 - exhaust steam line;

7.2 - линия отбираемого пара;7.2 - line of selected steam;

7.3 - регулирующий клапан пара;7.3 - steam control valve;

8 - электрогенератор;8 - electric generator;

9 - конденсатор;9 - capacitor;

10 - пароводяной теплообменник;10 - steam-water heat exchanger;

11 - воздуховодяной теплообменник;11 - air-to-water heat exchanger;

11.1 - линия охлажденной воды;11.1 - chilled water line;

11.2 - линия нагретой воды;11.2 - heated water line;

11.3 - регулирующий клапан;11.3 - control valve;

12 - циркуляционный насос;12 - circulation pump;

13 - линия подвода воздуха;13 - air supply line;

14 - датчик температуры наружного воздуха;14 - outdoor air temperature sensor;

15 - датчик температуры воздуха перед компрессором;15 - air temperature sensor before the compressor;

16 - датчик температуры выхлопных газов;16 - exhaust gas temperature sensor;

17 - регулятор;17 - regulator;

ШРМ - штатный регулятор мощности.ShRM - standard power regulator.

Осуществление изобретенияImplementation of the invention

Ниже приведен частный пример схемы ПТУ с подогревом воздуха перед компрессором за счет тепла пара, отбираемого из паровой турбины для осуществления способа уменьшения мощности энергетической ГТУ для перевода ее в режим минимальной электрической нагрузки в составе ПТУ.Below is a particular example of a STP scheme with air heating in front of the compressor due to the heat of steam taken from a steam turbine to implement a method for reducing the power of a power gas turbine to transfer it to the minimum electrical load mode as part of a STP.

ПТУ содержит компрессор 1 с ВНА 1.1, содержащим исполнительный механизм поворота 1.2, подключенный к ШРМ. Компрессор 1 соединен по линии воздуха с камерой сгорания 2, которая соединена с топливной линией 2.2 с установленным на ней регулирующим клапаном 2.1, подключенным к ШРМ. Камера сгорания 2 соединена с газовой турбиной 3. При этом компрессор 1 установлен на одном валу с газовой турбиной 3 и электрогенератором 4. Газовая турбина 3 соединена с помощью линии выхлопных газов 3.1 с котлом-утилизатором 5, который соединен с помощью линии уходящих газов 5.1 с дымовой трубой 6. При этом котел-утилизатор 5 соединен с помощью линии пара высокого давления 5.2 и линии пара низкого давления 5.3 с паровой турбиной 7, которая установлена на одном валу с электрогенератором 8. Паровая турбина 7 соединена с помощью линии отработанного пара 7.1 с конденсатором 9 и с помощью линии отбираемого пара 7.2, на которой установлен подключенный к регулятору 17 регулирующий клапан пара 7.3, с пароводяным теплообменником 10. При этом пароводяной теплообменник 10 соединен с помощью линии охлаждающей воды 11.1, на которой установлены циркуляционный насос 12 и регулирующий клапан 11.3, и линии нагретой воды 11.2 с воздуховодяным теплообменником 11, который установлен на линии подвода воздуха 13, соединенной с ВНА 1.1 компрессора 1. Регулятор 17 подключен к датчику температуры наружного воздуха 14, установленному на линии подвода воздуха 13 перед воздуховодяным теплообменником 11, к датчику температуры воздуха перед компрессором 15, установленному на линии подвода воздуха 13 перед ВНА 1.1 компрессора 1, и к датчику температуры выхлопных газов 16, установленному на линии выхлопных газов 3.1 перед котлом-утилизатором 5 (Фиг.).The PTU contains a compressor 1 with a VNA 1.1 containing a turning actuator 1.2 connected to the SHRM. The compressor 1 is connected through the air line to the combustion chamber 2, which is connected to the fuel line 2.2 with the control valve 2.1 installed on it, connected to the SHRM. Combustion chamber 2 is connected to gas turbine 3. At the same time, compressor 1 is installed on the same shaft with gas turbine 3 and electric generator 4. Gas turbine 3 is connected via exhaust gas line 3.1 to waste heat boiler 5, which is connected via exhaust gas line 5.1 to chimney 6. At the same time, the waste heat boiler 5 is connected via a high-pressure steam line 5.2 and a low-pressure steam line 5.3 with a steam turbine 7, which is installed on the same shaft with an electric generator 8. The steam turbine 7 is connected via an exhaust steam line 7.1 with a condenser 9 and using the bleed steam line 7.2, on which the steam control valve 7.3 connected to the regulator 17 is installed, with the steam-water heat exchanger 10. In this case, the steam-water heat exchanger 10 is connected via the cooling water line 11.1, on which the circulation pump 12 and the control valve 11.3 are installed, and heated water lines 11.2 with an air-to-water heat exchanger 11, which is installed on the supply line during air 13 connected to the VHA 1.1 of compressor 1. The regulator 17 is connected to the outdoor air temperature sensor 14 installed on the air supply line 13 before the air-to-air heat exchanger 11, to the air temperature sensor before the compressor 15 installed on the air supply line 13 before the VHA 1.1 of the compressor 1 , and to the exhaust gas temperature sensor 16 installed on the exhaust gas line 3.1 in front of the waste heat boiler 5 (Fig.).

Способ уменьшения мощности энергетической ГТУ для перевода ее в режим минимальной электрической нагрузки в составе ПТУ осуществляется следующим образом.The way to reduce the power of the power gas turbine to transfer it to the minimum electrical load mode as part of the STP is as follows.

При работе ГТУ на частичных нагрузках в пределах ее регулировочного диапазона регулирование мощности осуществляется с помощью ШРМ путем воздействия на регулирующий клапан топлива 2.1 для регулирования расхода топлива, поступающего в камеру сгорания 2, а затем путем воздействия на исполнительный механизм поворота 1.2 ВНА 1.1 компрессора 1 для регулирования расхода сжатого воздуха, поступающего в камеру сгорания 2, не ниже допустимого нижнего предела регулировочного диапазона, определяемого предельно допустимым коэффициентом избытка воздуха.When the gas turbine is operating at partial loads within its control range, power control is carried out using the SHRM by acting on the fuel control valve 2.1 to control the fuel flow entering the combustion chamber 2, and then by acting on the turning actuator 1.2 VNA 1.1 of the compressor 1 to regulate the flow rate of compressed air entering the combustion chamber 2 is not lower than the permissible lower limit of the adjustment range, determined by the maximum permissible excess air coefficient.

В случае возникновения необходимости снижения мощности ГТУ ниже границы ее регулировочного диапазона при работе под нагрузкой в составе ПТУ сначала осуществляется уменьшение расхода топлива, поступающего в камеру сгорания 2, путем воздействия ШРМ на регулирующий клапан топлива 2.1, а затем осуществляется уменьшение расхода сжатого в компрессоре 1 воздуха, поступающего в камеру сгорания 2, путем воздействия ШРМ на исполнительный механизм поворота 1.2 ВНА 1.1, который переводят в крайнее прикрытое положение, при котором допустим нижний предел регулировочного диапазона, определяемого заданным предельно допустимым коэффициентом избытка воздуха. Затем осуществляется дальнейшее снижение расхода топлива, поступающего в камеру сгорания 2, путем воздействия ШРМ на регулирующий клапан топлива 2.1. При достижении заданного значения температуры выхлопных газов с дальнейшим ее снижением осуществляется уменьшение расхода воздуха, поступающего в камеру сгорания 2, путем его подогрева с помощью регулятора 17, управляя степенью открытия регулирующего клапана пара 7.3. При этом входным сигналом регулятора 17 служит сигнал датчика температуры выхлопных газов 16, усредненный по времени, с целью поддержания заданного значения температуры выхлопных газов. Для повышения быстродействия регулятора 17 в качестве дополнительных входных величин могут быть использованы другие параметры ГТУ, например сигнал от датчика температуры наружного воздуха 14 и/или сигнал от датчика температуры воздуха перед компрессором 15.If it becomes necessary to reduce the power of the GTU below the border of its control range when operating under load, as part of the STU, the fuel consumption entering the combustion chamber 2 is first reduced by acting on the fuel control valve 2.1, and then the consumption of air compressed in the compressor 1 is reduced , entering the combustion chamber 2, by the action of the SHRM on the actuating mechanism of rotation 1.2 VNA 1.1, which is transferred to the extreme covered position, at which the lower limit of the adjustment range determined by the specified maximum allowable excess air coefficient is acceptable. Then, a further reduction in the fuel consumption entering the combustion chamber 2 is carried out by the action of the CRM on the fuel control valve 2.1. When the set value of the exhaust gas temperature is reached with its further decrease, the air flow entering the combustion chamber 2 is reduced by heating it with the help of the regulator 17, controlling the degree of opening of the steam control valve 7.3. In this case, the input signal of the regulator 17 is the signal of the exhaust gas temperature sensor 16, averaged over time, in order to maintain the set value of the exhaust gas temperature. To increase the speed of the controller 17, other parameters of the GTU can be used as additional input values, for example, a signal from the outdoor air temperature sensor 14 and/or a signal from the air temperature sensor before the compressor 15.

При работе ГТУ ниже ее допустимой нижней границы регулировочного диапазона воздух, поступающий через линию подвода воздуха 13, сначала нагревается в воздуховодяном теплообменнике 11, а затем проходит через ВНА 1.1 и сжимается в компрессоре 1. После чего сжатый в компрессоре 1 воздух попадает в камеру сгорания 2, в которой он смешивается с топливом, поступающим по топливной линии 2.2, и осуществляется зажигание полученной топливовоздушной смеси. Затем полученные в результате сжигания топливовоздушной смеси газы поступают из камеры сгорания 2 в газовую турбину 3, вращая ее лопатки и вал, на котором установлен компрессор 1 и электрогенератор 4. После прохождения через газовую турбину 3 выхлопные газы поступают по линии 3.1 в котел-утилизатор 5, в котором осуществляется нагрев воды за счет теплоты выхлопных газов. После этого выхлопные газы поступают из котла-утилизатора 5 в дымовую трубу 6, а полученный в результате нагрева воды в котле-утилизаторе 5 пар поступает по линии пара высокого давления 5.2 и линии пара низкого давления 5.3 в паровую турбину 7, осуществляя вращение ее лопаток и вала, на котором установлен электрогенератор 8. Затем отработанный в паровой турбине 7 пар поступает по линии отработанного пара 7.1 в конденсатор 9. При этом осуществляется отбор части пара по линии отбираемого пара 7.2 из ступени ЦНД паровой турбины 7. Отбираемый по линии 7.2 пар поступает в пароводяной теплообменник 10, в котором осуществляется его теплообмен с водой, прокачиваемой с помощью циркуляционного насоса 12 по линии охлаждающей воды 11.1 и линии нагретой воды 11.2 с регулирующим клапаном 11.3 через пароводяной теплообменник 10 и воздуховодяной теплообменник 11, в котором осуществляется подогрев поступающего по линии 13 воздуха за счет тепла нагретой воды.When the gas turbine operates below its permissible lower limit of the control range, the air entering through the air supply line 13 is first heated in the air-to-water heat exchanger 11, and then passes through the VHA 1.1 and is compressed in the compressor 1. After that, the air compressed in the compressor 1 enters the combustion chamber 2 , in which it is mixed with the fuel supplied through the fuel line 2.2, and the resulting air-fuel mixture is ignited. Then, the gases obtained as a result of the combustion of the air-fuel mixture enter from the combustion chamber 2 into the gas turbine 3, rotating its blades and the shaft on which the compressor 1 and the electric generator 4 are installed. After passing through the gas turbine 3, the exhaust gases enter through line 3.1 into the waste heat boiler 5 , in which water is heated due to the heat of the exhaust gases. After that, the exhaust gases enter from the waste heat boiler 5 into the chimney 6, and the steam obtained as a result of heating the water in the waste heat boiler 5 enters through the high pressure steam line 5.2 and the low pressure steam line 5.3 into the steam turbine 7, rotating its blades and shaft on which the electric generator 8 is installed. Then the steam exhausted in the steam turbine 7 enters the condenser 9 through the exhaust steam line 7.1. steam-water heat exchanger 10, in which its heat exchange with water is carried out, pumped by means of a circulation pump 12 through the cooling water line 11.1 and the heated water line 11.2 with a control valve 11.3 through the steam-water heat exchanger 10 and the air-to-air heat exchanger 11, in which the air supplied through the line 13 is heated due to the heat of hot water.

Совместное действие ШРМ и регулятора 17 обеспечивает возможность снижения мощности ГТУ ниже ее допустимого нижнего регулировочного предела за счет дополнительного, по сравнению с возможностями ВНА 1.1, уменьшения расхода воздуха путем его подогрева и уменьшения расхода топлива в камере сгорания 2. При этом нагрев воздуха помимо условия поддержания температуры выхлопных газов ГТУ не ниже предельно допустимой, ограничивается предельно допустимым содержанием оксидов азота в выхлопных газах, которое контролируется оператором на пульте управления ГТУ по показаниям соответствующих штатных приборов (на фиг. не показаны) с возможностью внесения ручной корректировки степени открытия регулирующего клапана пара 7.3.The combined action of the SHRM and the regulator 17 makes it possible to reduce the GTU power below its permissible lower adjustment limit due to the additional, in comparison with the capabilities of the VNA 1.1, reducing the air flow by heating it and reducing the fuel consumption in the combustion chamber 2. In this case, air heating, in addition to the maintenance condition temperature of the exhaust gases of the GTU is not lower than the maximum allowable, is limited by the maximum allowable content of nitrogen oxides in the exhaust gases, which is controlled by the operator on the control panel of the GTU according to the readings of the relevant standard instruments (not shown in Fig.) with the possibility of making manual adjustments to the degree of opening of the steam control valve 7.3.

Промышленная применимостьIndustrial Applicability

Способ уменьшения мощности энергетической газотурбинной установки для перевода ее в режим минимальной электрической нагрузки в составе парогазовой установки согласно патентуемому изобретению отвечает условию «промышленная применимость». Сущность технического решения раскрыта в формуле, описании и чертеже достаточно ясно для понимания и промышленной реализации соответствующими специалистами на основании современного уровня техники в области теплоэнергетики.The method for reducing the power of a power gas turbine plant to transfer it to the minimum electrical load mode as part of a combined cycle plant according to the patented invention meets the condition of "industrial applicability". The essence of the technical solution is disclosed in the formula, description and drawing clearly enough for understanding and industrial implementation by the relevant specialists on the basis of the state of the art in the field of thermal power engineering.

Claims (2)

1. Способ уменьшения мощности энергетической газотурбинной установки для перевода ее в режим минимальной электрической нагрузки в составе парогазовой установки, заключающийся в том, что уменьшают подачу топлива и сжатого в компрессоре воздуха в камеру сгорания до допустимого нижнего предела регулировочного диапазона, определяемого предельно допустимым коэффициентом избытка воздуха, отличающийся тем, что мощность газотурбинной установки после достижения нижней границы регулировочного диапазона дополнительно уменьшают посредством дальнейшего уменьшения подачи топлива в камеру сгорания и подогрева воздуха перед компрессором за счет тепла, отбираемого из паровой турбины, дополнительно снижая ее мощность и потерю тепла в конденсаторе, при этом контролируя уровень подогрева воздуха перед компрессором по минимально допустимой температуре выхлопных газов газотурбинной установки и допустимым выбросам в атмосферу оксидов азота.1. A method for reducing the power of a gas turbine power plant to transfer it to the minimum electrical load mode as part of a combined cycle gas plant, which consists in reducing the supply of fuel and compressed air in the compressor to the combustion chamber to the permissible lower limit of the control range, determined by the maximum permissible excess air coefficient , characterized in that the power of the gas turbine plant, after reaching the lower limit of the control range, is further reduced by further reducing the fuel supply to the combustion chamber and heating the air in front of the compressor due to the heat taken from the steam turbine, further reducing its power and heat loss in the condenser, while controlling the level of air heating in front of the compressor according to the minimum allowable temperature of the exhaust gases of the gas turbine plant and allowable emissions of nitrogen oxides into the atmosphere. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что подогрев воздуха перед компрессором осуществляют за счет тепла пара, отбираемого из цилиндра низкого давления паровой турбины.2. The method according to p. 1, characterized in that the heating of the air in front of the compressor is carried out due to the heat of the steam taken from the low pressure cylinder of the steam turbine.
RU2021116102A 2021-06-03 2021-06-03 Method of reducing the power of a gas turbine plant below its permissible lower limit of the control range RU2767677C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021116102A RU2767677C1 (en) 2021-06-03 2021-06-03 Method of reducing the power of a gas turbine plant below its permissible lower limit of the control range

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021116102A RU2767677C1 (en) 2021-06-03 2021-06-03 Method of reducing the power of a gas turbine plant below its permissible lower limit of the control range

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2767677C1 true RU2767677C1 (en) 2022-03-18

Family

ID=80737323

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2021116102A RU2767677C1 (en) 2021-06-03 2021-06-03 Method of reducing the power of a gas turbine plant below its permissible lower limit of the control range

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2767677C1 (en)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2228977A (en) * 1985-08-02 1990-09-12 Lucas Ind Plc Running control for a gas turbine engine
RU2037634C1 (en) * 1992-06-01 1995-06-19 Василий Александрович Прянишников Method of heightening efficiency of gas-turbine plant
RU2536458C1 (en) * 2013-09-17 2014-12-27 Открытое акционерное общество "Всероссийский дважды ордена Трудового Красного Знамени теплотехнический научно-исследовательский институт" Method for reducing power of manoeuvring gas-turbine power plant below control limit

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2228977A (en) * 1985-08-02 1990-09-12 Lucas Ind Plc Running control for a gas turbine engine
RU2037634C1 (en) * 1992-06-01 1995-06-19 Василий Александрович Прянишников Method of heightening efficiency of gas-turbine plant
RU2536458C1 (en) * 2013-09-17 2014-12-27 Открытое акционерное общество "Всероссийский дважды ордена Трудового Красного Знамени теплотехнический научно-исследовательский институт" Method for reducing power of manoeuvring gas-turbine power plant below control limit

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2562686C2 (en) Operating method of power plant in standby mode (versions), and power plant
US3703807A (en) Combined gas-steam turbine power plant
EP2795084B1 (en) Control of the gas composition in a gas turbine power plant with flue gas recirculation
US5634327A (en) Method of operating a gas-turbine group
JP2954456B2 (en) Exhaust recirculation combined plant
US10100728B2 (en) Method for operating a gas turbine power plant with flue gas recirculation
WO2018106991A1 (en) Air logic control for auxiliary air injection system
RU2767677C1 (en) Method of reducing the power of a gas turbine plant below its permissible lower limit of the control range
US11255218B2 (en) Method for starting up a gas turbine engine of a combined cycle power plant
RU2747704C1 (en) Cogeneration gas turbine power plant
Ol’khovskii et al. Thermal tests of the 9FB gas turbine unit produced by general electric
EP0353374B1 (en) Gas turbine unit for combined production of electricity and heat and method for operating such unit
RU2727274C1 (en) Cogeneration gas-turbine power plant
CN113738510A (en) Double-pressure reheating-free combined cycle power plant and performance optimization method thereof
Teplov et al. The extension of the operational range of combined-cycle power plant with a triple-pressure heat recovery steam generator
RU2528214C2 (en) Gas turbine co-generation power plant
US11236676B2 (en) Humid air turbine
RU2536458C1 (en) Method for reducing power of manoeuvring gas-turbine power plant below control limit
KR102420600B1 (en) Hybrid power generation equipment and control method thereof
RU2330977C1 (en) Gas turbine plant output control method
Ageev et al. Results of Thermal Testing and Characteristics of 78 MW Gas-Turbine Unit
Tuz et al. Thermal Characteristics of CCPP-110 and its Equipment
JPS62197604A (en) Starting method for combined plant
RU2550214C1 (en) Steam-gas plant with steam-driven gas fuel metering unit-compressor
FI102692B (en) Methods of operation of a gas turbine plant for simultaneous production of electricity electricity and heat and gas turbine plant for the practice of the method