RU51112U1

RU51112U1 - HEAT GAS TURBINE INSTALLATION

Info

Publication number: RU51112U1
Application number: RU2005115378/22U
Authority: RU
Inventors: Виктор Анатольевич Никишин; Леонид Иванович Пешков; Илья Нахимович Рыжинский; Леонид Павлович Шелудько
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Самара-Авиагаз"
Priority date: 2005-05-23
Filing date: 2005-05-23
Publication date: 2006-01-27

Abstract

Теплофикационная газотурбинная установка относится к области энергетики, а точнее к теплофикационным газотурбинным установкам, применяемым для надстройки существующих водогрейных котлов подогревающих сетевую воду теплосети. Задачей предложенного технического решения является повышение коэффициента полезного действия теплофикационной газотурбинной установки по выработке электроэнергии, ее тепловой мощности и экономичности. Поставленная задача решается за счет того, что Теплофикационная газотурбинная установка, содержит воздушный компрессор, рекуператор, камеру сгорания, газовую турбину, электрогенератор, водогрейный котел, трубопроводы обратной и прямой воды теплосети; выход воздушного компрессора через рекуператор и камеру сгорания связан трубопроводами с входом газовой турбины, выход последней соединен газоходами через рекуператор и водогрейный котел с атмосферой, водогрейный котел соединен на входе с трубопроводами обратной, а на выходе прямой сетевой воды; ротор газовой турбины соединен валами с ротором воздушного компрессора и ротором электрогенератора, при этом, в трубопроводе между воздушным компрессором и рекуператором размещен дополнительный воздухо-водяной теплообменник, подключенный на входе к трубопроводу обратной, а на выходе к трубопроводу прямой сетевой воды. Применение дополнительного воздухо-водяного теплообменника, размещенного между воздушным компрессором и рекуператором и подключенного трубопроводами на входе к трубопроводу обратной сетевой воды.The cogeneration gas turbine installation belongs to the field of energy, and more specifically, to the cogeneration gas turbine installations used to add on the existing hot water boilers that heat the network water of the heating network. The objective of the proposed technical solution is to increase the efficiency of a cogeneration gas-turbine installation to generate electricity, its thermal power and efficiency. The problem is solved due to the fact that the cogeneration gas turbine installation contains an air compressor, a recuperator, a combustion chamber, a gas turbine, an electric generator, a boiler, pipelines for return and direct water to the heating system; the output of the air compressor through the recuperator and the combustion chamber is connected by pipelines to the gas turbine inlet, the outlet of the latter is connected by gas ducts through the recuperator and the hot water boiler to the atmosphere, the hot water boiler is connected at the inlet to the return pipelines, and at the outlet of direct network water; the gas turbine rotor is connected by shafts to the rotor of the air compressor and the rotor of the electric generator, while in the pipeline between the air compressor and the recuperator there is an additional air-water heat exchanger connected at the inlet to the return pipe and at the outlet to the direct network water pipe. The use of an additional air-water heat exchanger located between the air compressor and the recuperator and connected by pipelines at the inlet to the return network water pipeline.

Description

Теплофикационная газотурбинная установка относится к области энергетики, а точнее к теплофикационным газотурбинным установкам, применяемым для надстройки существующих водогрейных котлов подогревающих сетевую воду теплосети.The cogeneration gas turbine installation belongs to the field of energy, and more specifically, to the cogeneration gas turbine installations used to add on the existing hot water boilers that heat the network water of the heating network.

Известна энергетическая газотурбинная установка с регенератором, содержащая воздушный компрессор, регенератор, камеру сгорания, газовую турбину, электрогенератор. Выход воздушного компрессора связан воздуховодом через регенератор и камеру сгорания с газовой турбинрй, выхлопной патрубок последней соединен газоходом через регенератор с атмосферой. Ротор газовой турбины связан общим валом с роторами воздушного компрессора и электрогенератора. (Журнал «Газотурбинные технологии». Каталог газотурбинного оборудования, 2003-2004 гг., рис.2, стр.170.)Known energy gas turbine installation with a regenerator containing an air compressor, a regenerator, a combustion chamber, a gas turbine, an electric generator. The output of the air compressor is connected by an air duct through a regenerator and a combustion chamber to a gas turbine, the exhaust pipe of the latter is connected to the atmosphere through a regenerator duct. The rotor of a gas turbine is connected by a common shaft with the rotors of an air compressor and an electric generator. (Magazine "Gas-turbine technologies". Catalog of gas-turbine equipment, 2003-2004, Fig. 2, p. 170.)

Регенеративные установки имеют высокий коэффициент полезного действия по производству электроэнергии, но их обычно не применяют в качестве теплофикационных газотурбинных установок, в том числе потому, что недостаточна их тепловая мощность и высокая стоимость установки.Regenerative plants have a high efficiency for the production of electricity, but they are usually not used as cogeneration gas turbine plants, including because their thermal capacity is insufficient and the installation cost is high.

Эффективно применение газотурбинных установок для надстройки существующих водогрейных котлов производящих подогрев сетевой воды тепловой сети.Effectively the use of gas turbine installations for the superstructure of existing hot water boilers producing heating network water heat network.

Наиболее близкой по технической сущности к предполагаемому изобретению является теплофикационная газотурбинная установка, надстраиваемая над существующим водогрейным котлом.Closest to the technical nature of the proposed invention is a cogeneration gas turbine unit, built on top of an existing hot water boiler.

Она содержит воздушный компрессор, камеру сгорания, газовую турбину, электрогенератор, газоводяной подогреватель, существующий водогрейный котел, обратный и прямой трубопроводы сетевой воды. Выход воздушного компрессора связан воздуховодом через камеру сгорания с газовой турбиной, выхлопной патрубок последней соединен газоходом через газоводяной подогреватель с камерой сгорания существующего водогрейного котла. Выхлопной патрубок последнего соединен газоходом через дымовую трубу с атмосферой. Ротор газовой турбины соединен с роторами воздушного компрессора и электрогенератора. (Журнал «Газотурбинные технологии». Каталог газотурбинного оборудования, 2003-2004 гг., рис.13, стр.172).It contains an air compressor, a combustion chamber, a gas turbine, an electric generator, a gas-water heater, an existing hot water boiler, return and direct pipelines of network water. The output of the air compressor is connected by a duct through a combustion chamber to a gas turbine, the exhaust pipe of the latter is connected by a duct through a gas-water heater to the combustion chamber of an existing hot water boiler. The exhaust pipe of the latter is connected by a flue through the chimney to the atmosphere. The rotor of a gas turbine is connected to the rotors of an air compressor and an electric generator. (Magazine “Gas-turbine technologies”. Catalog of gas-turbine equipment, 2003-2004, fig. 13, p. 172).

Описанная теплофикационная газотурбинная установка принята за прототип изобретения.The described cogeneration gas turbine installation is adopted as a prototype of the invention.

Применение газоводяного подогревателя, размещенного в выхлопном газоходе газовой турбины перед водогрейным котлом позволяет снизить температуру газов перед ним и не требует значительной реконструкции водогрейного котла. Но он имеет относительно низкий коэффициент полезного действия по выработке электроэнергии и недостаточно высокую тепловую мощность.The use of a gas-water heater placed in the exhaust gas duct of the gas turbine in front of the boiler allows to reduce the temperature of the gases in front of it and does not require significant reconstruction of the boiler. But it has a relatively low efficiency for generating electricity and not enough high thermal power.

Задачей предложенного технического решения является повышение коэффициента полезного действия теплофикационной газотурбинной установки по выработке электроэнергии, ее тепловой мощности и экономичности.The objective of the proposed technical solution is to increase the efficiency of a cogeneration gas-turbine installation to generate electricity, its thermal power and efficiency.

Поставленная задача решается за счет того, что Теплофикационная газотурбинная установка, содержит воздушный компрессор, рекуператор, камеру сгорания, газовую турбину, электрогенератор, водогрейный котел, трубопроводы обратной и прямой воды теплосети; выход воздушного компрессора через рекуператор и камеру сгорания связан трубопроводами с входом газовой турбины, выход последней соединен газоходами через рекуператор и водогрейный котел с атмосферой, водогрейный котел соединен на входе с трубопроводами обратной, а на выходе прямой сетевой воды; ротор газовой турбины соединен валами с ротором воздушного компрессора и ротором электрогенератора, при этом, в трубопроводе между воздушным компрессором и рекуператором размещен дополнительный воздухо-водяной теплообменник, подключенный на входе к трубопроводу обратной, а на выходе к трубопроводу прямой сетевой воды. Применение дополнительного воздухо-водяного теплообменника, размещенного между воздушным компрессором и рекуператором и подключенного трубопроводами на входе к трубопроводу обратной сетевой воды, а на выходе к трубопроводу прямой сетевой воды, позволяет:The problem is solved due to the fact that the cogeneration gas turbine installation contains an air compressor, a recuperator, a combustion chamber, a gas turbine, an electric generator, a boiler, pipelines for return and direct water to the heating system; the output of the air compressor through the recuperator and the combustion chamber is connected by pipelines to the gas turbine inlet, the outlet of the latter is connected by gas ducts through the recuperator and the hot water boiler to the atmosphere, the hot water boiler is connected at the inlet to the return pipelines, and at the outlet of direct network water; the gas turbine rotor is connected by shafts to the rotor of the air compressor and the rotor of the electric generator, while in the pipeline between the air compressor and the recuperator there is an additional air-water heat exchanger connected at the inlet to the return pipe and at the outlet to the direct network water pipe. The use of an additional air-water heat exchanger located between the air compressor and the recuperator and connected by pipelines at the inlet to the return network water pipeline, and at the outlet to the direct network water pipeline, allows:

- понизить температуру воздуха перед рекуператором, увеличить температурный напор между продуктами сгорания и сжатым воздухом, степень регенерации и коэффициент полезного действия теплофикационной газотурбинной установки;- reduce the air temperature in front of the recuperator, increase the temperature head between the combustion products and compressed air, the degree of regeneration and the efficiency of the cogeneration gas turbine plant;

- увеличить тепловую мощность установки за счет подогрева сетевой воды горячим сжатым воздухом;- increase the thermal power of the installation by heating the mains water with hot compressed air;

- уменьшить габариты и стоимость воздухо-водяного теплообменника за счет высокого давления сжатого воздуха в этом теплообменнике;- reduce the size and cost of the air-water heat exchanger due to the high pressure of compressed air in this heat exchanger;

- понизить температуру продуктов сгорания перед водогрейным котлом и облегчить их подвод к горелкам водогрейного котла без его реконструкции.- lower the temperature of the combustion products in front of the boiler and facilitate their access to the burners of the boiler without reconstruction.

На чертежах на фиг.1, показана блок-схема теплофикационной газотурбинной установки, а на фиг.2 приведена ее принципиальная схема.In the drawings in FIG. 1, a block diagram of a cogeneration gas turbine installation is shown, and FIG. 2 shows a circuit diagram thereof.

Блок-схема на фиг.1 состоит из двух блоков: энергетический газотурбинный блок 1, водогрейный блок 2.The block diagram of figure 1 consists of two blocks: power gas turbine unit 1, hot-water unit 2.

На чертеже фиг.2 показана принципиальная схема теплофикационной газотурбинной установки.The drawing of figure 2 shows a schematic diagram of a cogeneration gas turbine installation.

Энергетический газотурбинный блок 1 включает: воздушный компрессор 3, воздухо-водяной теплообменник 4, рекуператор 5, камеру сгорания 6, газовую турбину 7, электрогенератор 8, выхлопной газоход газовой турбины 9.An energy gas turbine unit 1 includes: an air compressor 3, an air-water heat exchanger 4, a recuperator 5, a combustion chamber 6, a gas turbine 7, an electric generator 8, an exhaust gas duct of a gas turbine 9.

Водогрейный блок 2 включает: трубопровод охлажденной сетевой воды 10, трубопровод подогретой сетевой воды 11, водогрейный котел 12, трубопроводы прямой 13 и обратной 14 сетевой воды, выходной газоход с дымовой трубой 15.The water-heating unit 2 includes: a pipeline of chilled network water 10, a pipeline of heated network water 11, a boiler 12, pipelines of direct 13 and return 14 of network water, an outlet flue with a chimney 15.

Теплофикационная газотурбинная установка выполнена следующим образом.The cogeneration gas turbine installation is as follows.

Воздушный компрессор 3 энергетического газотурбинного блока 1 соединен по воздуху трубопроводами через рекуператор 5 и камеру сгорания 6 с газовой турбиной 7. По продуктам сгорания выхлоп газовой турбины 7 соединен газоходами через рекуператор 5 водогрейный котел 12 водогрейного блока 2 и выходной газоход 15 и дымовую трубу с атмосферой. Ротор газовой турбины 7 соединен валами с роторами воздушного компрессора 3 и электрического генератора 8. Трубопровод обратной сетевой воды 14 водогрейного блока 2 подсоединен к входным патрубкам водогрейного котла 12 и воздухо-водяного теплообменника 4 энергетического газотурбинного блока 1, выходной патрубок водогрейного котла 12 соединен с трубопроводом прямой сетевой воды 13, выходной патрубок воздухо-водяного теплообменника 4 подключен трубопроводом подогретой сетевой воды 11 к трубопровду прямой сетевой воды 13.The air compressor 3 of the energy gas turbine unit 1 is connected via air through pipelines through the recuperator 5 and the combustion chamber 6 to the gas turbine 7. According to the combustion products, the exhaust of the gas turbine 7 is connected by gas ducts through the recuperator 5, the boiler 12 of the heating block 2 and the outlet gas duct 15 and the chimney with atmosphere . The rotor of the gas turbine 7 is connected by shafts to the rotors of the air compressor 3 and the electric generator 8. The return pipe of the network water 14 of the heating block 2 is connected to the inlet pipes of the boiler 12 and the air-water heat exchanger 4 of the energy gas turbine unit 1, the outlet pipe of the boiler is 12 connected to the pipeline direct network water 13, the outlet pipe of the air-water heat exchanger 4 is connected by a heated network water pipe 11 to the direct network water pipe 13.

Теплофикационная газотурбинная установка работает следующим образом. В воздушном компрессоре 3 энергетического газотурбинного блока 1 сжимают атмосферный воздух, охлаждают его воздухо-водяном теплообменнике 4, подогревая сетевую воду теплосети, подводимую в него по трубопроводу охлажденной сетевой воды 10 и отводимую по трубопроводу подогретой сетевой воды 11 водогрейного блока 2. Частично охлажденный сжатый воздух подогревают в рекуператоре 5 и в камере сгорания 6 и сжигают в нем подводимое топливо. Продукты сгорания топлива расширяют в газовой турбине 7 энергетического газотурбинного блока 1 и по выхлопному газоходу 9 газовой турбины 7 подают в рекуператор 5, используя теплоту выхлопных газов газовой турбины 7 для подогрева сжатого воздуха. Далее охлажденные продукты сгорания направляют в камеру сгорания водогрейного котла 14 водогрейного блока 2, подводят в нее дополнительное топливо и по выходному газоходу с дымовой трубой 15 продукты сгорания сбрасывают в атмосферу. Сетевую воду из трубопровода обратной линии The heating gas turbine installation operates as follows. The air compressor 3 of the energy gas turbine unit 1 compresses atmospheric air, cools it with an air-water heat exchanger 4, heating the network water of the heating network, supplied to it through the pipeline of cooled network water 10 and discharged through the pipeline of heated network water 11 of the heating block 2. Partially cooled compressed air heated in the recuperator 5 and in the combustion chamber 6 and burn the supplied fuel in it. The combustion products of the fuel are expanded in the gas turbine 7 of the power gas turbine unit 1 and fed through the exhaust duct 9 of the gas turbine 7 to the recuperator 5, using the heat of the exhaust gases of the gas turbine 7 to heat the compressed air. Next, the cooled combustion products are sent to the combustion chamber of the boiler 14 of the boiler 2, additional fuel is supplied to it, and the combustion products are discharged into the atmosphere through the exhaust gas duct with a chimney 15. Return water mains water

теплосети 14 водогрейного блока 2 разделяют на два потока. Первый из них по трубопроводу охлажденной сетевой воды 10 направляют в воздухо-водяной теплообменник 4, нагревают его теплотой сжатого воздуха и по трубопроводу подогретой сетевой воды 11 подают в трубопровод прямой сетевой воды 13. Второй поток из трубопровода обратной сетевой воды 14 направляют в водогрейный котел 12, подогревают его, утилизируя теплоту продуктов сгорания, и отводят в трубопровод прямой сетевой воды 13.heating networks 14 of the heating block 2 are divided into two streams. The first of them is sent through a chilled network water pipe 10 to an air-water heat exchanger 4, heated by the heat of compressed air and fed through a heated network water pipe 11 to a direct network water pipe 13. A second stream from a return network water pipe 14 is directed to a boiler 12 , heat it, utilizing the heat of the combustion products, and divert it to the pipeline of direct network water 13.

Предлагаемая компоновка теплофикационной газотурбинной установки имеет преимущества, как перед известными аналогами, так и перед прототипом и обеспечивает повышение ее тепловой экономичности и тепловой мощности.The proposed layout of the cogeneration gas turbine installation has advantages both over the known analogues and over the prototype and provides an increase in its thermal efficiency and thermal power.

Claims

A gas-fired gas turbine installation, contains an air compressor, a recuperator, a combustion chamber, a gas turbine, an electric generator, a hot water boiler, reverse and direct water pipelines of the heating system; the output of the air compressor through the recuperator and the combustion chamber is connected by pipelines to the gas turbine inlet, the outlet of the latter is connected by gas ducts through the recuperator and the hot water boiler to the atmosphere, the hot water boiler is connected at the inlet to the return pipelines, and at the outlet of direct network water; the gas turbine rotor is connected by shafts to the rotor of the air compressor and the rotor of the electric generator, while in the pipeline between the air compressor and the recuperator there is an additional air-water heat exchanger connected at the inlet to the return pipe and at the outlet to the direct network water pipe.