RU2806960C1

RU2806960C1 - Gas turbine thermal power plant

Info

Publication number: RU2806960C1
Application number: RU2023109750A
Authority: RU
Inventors: Валентин Александрович Гусаров; Дмитрий Юрьевич Писарев; Михаил Петрович Миронов
Filing date: 2023-04-17
Publication date: 2023-11-08

Abstract

FIELD: gas turbine construction.

SUBSTANCE: invention relates to the systems for regulating the production of thermal and electrical energy in a gas turbine unit. A gas turbine thermal power plant includes a two-level module, a combustion chamber, an air duct, a gas duct, a fuel line, a turbine, an electric generator, a waste heat boiler with a storage tank and an exhaust pipe. It is equipped with a three-position exhaust gas flow switch located at the lower level of the module, which in one position is connected to a free turbine, in another - through a gas duct with a waste heat boiler, in the third - with a free turbine and a gas duct.

EFFECT: use of the invention will reduce fuel costs by heating the coolant in the waste heat boiler and regulate the amount of energy generated depending on the needs of the consumer.

1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к газотурбостроению, а именно к системам регулированию выработки тепловой и электрической энергии газотурбинной установки.The invention relates to gas turbine construction, namely to systems for regulating the production of thermal and electrical energy in a gas turbine unit.

Известно устройства для использования на установке комбинированного цикла. В соответствии с изобретением система отвода встроена внутрь перепускной дымовой трубы и осуществляет, в едином компоненте, функции перепуска потока выхлопных газов в конфигурации простого цикла или направления их через котел-утилизатор, действуя как диффузор, в открытой конфигурации комбинированного цикла. Обеспечивается улучшенная термоизоляция установки (патент РФ №2706109, МПК F01D 25/30, F01K 23/10, F02C 9/16, F16K 11/065, 2019).Devices are known for use in a combined cycle plant. According to the invention, the exhaust system is integrated within the bypass stack and performs, in a single component, the functions of bypassing the flow of exhaust gases in a simple cycle configuration or directing them through the waste heat boiler, acting as a diffuser, in an open combined cycle configuration. Improved thermal insulation of the installation is provided (RF patent No. 2706109, IPC F01D 25/30, F01K 23/10, F02C 9/16, F16K 11/065, 2019).

Недостатком известной конструкции является отсутствие возможности перенаправлять потоки выхлопных газов.A disadvantage of the known design is the inability to redirect exhaust gas flows.

Известно устройство, включающее двигатель внутреннего сгорания, турбину, которая расположена в потоке отработавшего газа двигателя внутреннего сгорания, коленчатый вал, который приводится двигателем внутреннего сгорания и может быть включен через гидродинамическую муфту в тяговое соединение с турбиной, работающей на отработавшем газе, гидродинамическая муфта с первичным и вторичным колесами, образующими друг с другом рабочую полость, которая для передачи крутящего момента может заполняться рабочей средой; первичное колесо находится в тяговом соединении с турбиной, работающей на отработавшем газе, вторичное колесо находится в тяговом соединении с коленчатым валом. Первичное колесо при вращательном движении может быть механически заторможено и заблокировано, так что гидродинамическая муфта осуществляет функцию гидродинамического тормоза-замедлителя (патент РФ №2348821, МПК F02B 41/10, 2009 г.).A device is known that includes an internal combustion engine, a turbine, which is located in the exhaust gas flow of the internal combustion engine, a crankshaft, which is driven by the internal combustion engine and can be connected through a hydrodynamic coupling to a traction connection with a turbine operating on exhaust gas, a hydrodynamic coupling with a primary and secondary wheels forming a working cavity with each other, which can be filled with a working medium to transmit torque; the primary wheel is in traction connection with the turbine running on exhaust gas, the secondary wheel is in traction connection with the crankshaft. During rotational motion, the primary wheel can be mechanically braked and blocked, so that the hydrodynamic coupling performs the function of a hydrodynamic retarder (RF patent No. 2348821, IPC F02B 41/10, 2009).

Недостатком известной конструкции является отсутствие возможности получения тепловой энергии.The disadvantage of the known design is the inability to obtain thermal energy.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является газотурбинная теплоэлектростанция на базе конверсированных авиационных двигателей, выполненная в виде двух модулей, в рабочем положении установленных один на другой, каждый из которых представляет собой универсальный стандартный контейнер, причем в нижнем контейнере расположены агрегаты и устройства электростанции, а в верхнем - вспомогательное оборудование, отличающаяся наличием встроенного в верхней контейнер водяного котла-утилизатора с его оборудованием, для работы которого используются выхлопные газы газотурбинных двигателей, при этом перед котлом-утилизатором располагается коллектор топливных форсунок с автоматически регулируемой подачей топлива, а газовые заслонки, при помощи которых поток выхлопных газов направляется на вход котла-утилизатора, выполнены дистанционно управляемыми с возможностью изменения величины потока выхлопных газов (патент RU №70550, МПК F02C 6/18 25/07/2007).The closest in technical essence to the proposed invention is a gas turbine thermal power plant based on converted aircraft engines, made in the form of two modules, in the operating position installed one on top of the other, each of which is a universal standard container, and the units and devices of the power plant are located in the lower container, and in the upper one - auxiliary equipment, characterized by the presence of a water recovery boiler built into the upper container with its equipment, for the operation of which exhaust gases of gas turbine engines are used, while in front of the recovery boiler there is a fuel injector manifold with automatically controlled fuel supply, and gas dampers, with the help of which the exhaust gas flow is directed to the inlet of the waste heat boiler, are made remotely controlled with the ability to change the amount of exhaust gas flow (patent RU No. 70550, IPC F02C 6/18 07/25/2007).

Недостатком известной конструкции является наличие топливных форсунок перед котлом-утилизатором, что приводит к дополнительным топливным затратам на подогрев водяного контура.A disadvantage of the known design is the presence of fuel injectors in front of the waste heat boiler, which leads to additional fuel costs for heating the water circuit.

Задачей предлагаемого изобретения является снижение затрат топлива для получения тепловой энергии и регулировка количества выработанной энергии в зависимости от нужд потребителя.The objective of the proposed invention is to reduce fuel costs for generating thermal energy and adjust the amount of generated energy depending on the needs of the consumer.

В результате использования предлагаемого изобретения появляется возможность организовать изменение направления потока отработанных газов для производства теплоты или электроэнергии как по отдельности, так и вместе и в том объеме, и пропорции, которые необходимы потребителю.As a result of the use of the proposed invention, it becomes possible to organize a change in the direction of the flow of exhaust gases to produce heat or electricity, both individually and together, and in the volume and proportions that are required by the consumer.

Вышеуказанный технический результат достигается тем, что газотурбинная теплоэлектростанция, включающая двухуровневый модуль, камеру сгорания, воздуховод, газоход, топливопровод, турбину, электрогенератор, котел-утилизатор с баком накопителем и выхлопной трубой, согласно изобретению снабжена трехпозиционным переключателем потоков отработанных газов, размещенным на нижнем уровне модуля, который в одном положении соединен со свободной турбиной, в другом - через газоход с котлом-утилизатором, в третьем - со свободной турбиной и газоходом.The above technical result is achieved by the fact that a gas turbine thermal power plant, including a two-level module, a combustion chamber, an air duct, a gas duct, a fuel line, a turbine, an electric generator, a waste heat boiler with a storage tank and an exhaust pipe, according to the invention is equipped with a three-position exhaust gas flow switch located on the lower level module, which in one position is connected to a free turbine, in another - through a gas duct with a waste heat boiler, in the third - with a free turbine and a gas duct.

Изобретение поясняется чертежом, на котором представлена схема газотурбинной теплоэлектростанции.The invention is illustrated by a drawing, which shows a diagram of a gas turbine thermal power plant.

Газотурбинная теплоэлектростанция выполнена в виде двухуровневого модуля, включающего, размещенные на нижнем уровне воздуховод 1, подсоединенный к компрессору 2, который связан с камерой сгорания 3, к которой присоединен топливный шланг 4, при этом камера сгорания 3 связана с турбиной 5, подключенной к трехпозиционному переключателю 6. Переключатель 6 через газоход 7 связан с размещенным на верхнем уровне котлом-утилизатором 8 с выхлопной трубой 9, к которому примыкает бак-накопитель 10 с теплопроводом 11. Переключатель 6 связан с расположенной на нижнем уровне модуля свободной турбиной 12, подключенной к электрогенератору 13. Кроме того, стрелками на схеме обозначены: воздух 14, топливо 15, отработанные газы 16 и теплоноситель 17.The gas turbine thermal power plant is made in the form of a two-level module, including an air duct 1 located on the lower level, connected to a compressor 2, which is connected to a combustion chamber 3, to which a fuel hose 4 is connected, while the combustion chamber 3 is connected to a turbine 5 connected to a three-position switch 6. Switch 6 is connected through a gas duct 7 to a waste heat boiler 8 located on the upper level with an exhaust pipe 9, to which is adjacent a storage tank 10 with a heat pipe 11. Switch 6 is connected to a free turbine 12 located on the lower level of the module, connected to an electric generator 13 In addition, the arrows in the diagram indicate: air 14, fuel 15, exhaust gases 16 and coolant 17.

Выполнение переключателя 6 трехпозиционным позволяет регулировать направление потоков. В одном положении позволяет направить поток отработанных газов 16 сразу от турбины 5 через газоход 7 в котел утилизатор 8, в котором отработанные газы нагревают теплоноситель, аккумулируемый в баке-накопителе 10, и направляют теплоноситель 17 через теплопровод 11 потребителю.Making the switch 6 three-position allows you to adjust the direction of the flows. In one position, it allows you to direct the flow of exhaust gases 16 directly from the turbine 5 through the gas duct 7 to the waste heat boiler 8, in which the exhaust gases heat the coolant accumulated in the storage tank 10, and direct the coolant 17 through the heat pipe 11 to the consumer.

Во втором положении направляет поток отработанных газов 16 от переключателя 6 к свободной турбине 12, которая раскручивает электрогенератор 13 для выработки электрической энергии для потребителя.In the second position, it directs the flow of exhaust gases 16 from the switch 6 to the free turbine 12, which spins the electric generator 13 to generate electrical energy for the consumer.

В третьем положении переключателя 6 потоки отработанных газов 16 разделяются в необходимой пропорции для выработки тепловой и электрической энергии.In the third position of the switch 6, the exhaust gas flows 16 are divided in the required proportions to generate thermal and electrical energy.

Газотурбинная теплоэлектростанция работает следующим образом.A gas turbine thermal power plant operates as follows.

Воздух 14 через воздуховод 1 поступает в компрессор 2, далее в сжатом состоянии поступает в камеру сгорания 3, где смешивается с топливом 15, подведенным через топливный шланг 4, и сгорает. Отработанный газ 16 под избыточным давлением поступает в турбину 5, раскручивая ее и приводя во вращение компрессор 2. Из турбины 5 отработанный газ поступает в переключатель 6 потоков отработанных газов, где имеется два направления выхода отработанных газов 16.Air 14 enters compressor 2 through air duct 1, then in a compressed state enters combustion chamber 3, where it mixes with fuel 15 supplied through fuel hose 4 and burns. The exhaust gas 16 under excess pressure enters the turbine 5, spinning it and driving the compressor 2. From the turbine 5, the exhaust gas enters the exhaust gas flow switch 6, where there are two directions for the exhaust gases 16 to exit.

По одному направлению, по газоходу 7, отработанные газы 16 поступают в котел-утилизатор 8, где передают теплоту теплоносителю 17, который аккумулируется в баке-накопителе 10. Через выхлопную трубу 9 отработанные газы 16 выходят в атмосферу, а теплоноситель 17 по теплопроводу 11 поступает к потребителю.In one direction, through the gas duct 7, the exhaust gases 16 enter the waste heat boiler 8, where they transfer heat to the coolant 17, which is accumulated in the storage tank 10. Through the exhaust pipe 9, the exhaust gases 16 exit into the atmosphere, and the coolant 17 flows through the heat pipe 11 to the consumer.

По второму направлению отработанные газы 16 поступают в свободную турбину 12, раскручивая ее, приводят во вращение электрогенератор 13, вырабатывающий электрическую энергию, поступающую потребителю.In the second direction, exhaust gases 16 enter the free turbine 12, spinning it up and rotating the electric generator 13, which generates electrical energy supplied to the consumer.

В третьем положении отработанные газы 16 поступают одновременно в газоход 7 и свободную турбину 12 в необходимой пропорции для выработки тепловой и электрической энергии. Величина потока отработанных газов 16 зависит от того, какую энергию и в каком количестве необходимо получить потребителю.In the third position, exhaust gases 16 enter simultaneously into the flue 7 and the free turbine 12 in the required proportion to generate thermal and electrical energy. The amount of exhaust gas flow 16 depends on what kind of energy and in what quantity the consumer needs to receive.

Газотурбинная теплоэлектростанция мощностью до 50 кВт предназначена для работы в системах теплоэлектроснабжения жилых домов.The gas turbine thermal power plant with a power of up to 50 kW is designed to operate in heat and power supply systems of residential buildings.

Использование изобретения позволит снизить затраты топлива за счет нагрева теплоносителя в котле-утилизаторе и регулировать количество выработанной энергии в зависимости от нужд потребителя.The use of the invention will reduce fuel costs by heating the coolant in the waste heat boiler and regulate the amount of energy generated depending on the needs of the consumer.

Claims

A gas turbine thermal power plant, including a two-level module, a combustion chamber, an air duct, a flue, a fuel line, a turbine, an electric generator, a waste heat boiler with a storage tank and an exhaust pipe, characterized in that it is equipped with a three-position exhaust gas flow switch located at the lower level of the module, which In one position it is connected to a free turbine, in another - through a gas duct with a waste heat boiler, in a third - with a free turbine and a gas duct.