RU61797U1

RU61797U1 - ENERGY GAS TURBINE INSTALLATION OF COMBINED CYCLE

Info

Publication number: RU61797U1
Application number: RU2006137315/22U
Authority: RU
Inventors: Юрий Васильевич Кромин
Original assignee: Открытое акционерное общество "ЗВЕЗДА-ЭНЕРГЕТИКА"
Priority date: 2006-10-17
Filing date: 2006-10-17
Publication date: 2007-03-10

Abstract

Полезная модель относится к области энергетики и предназначена для производства механической энергии, электроэнергии и тепла на основе использования теплоты горячих выхлопных газов газовых турбин. Задачей предлагаемого решения является повышение КПД энергетической газотурбинной установки за счет замены парогазового цикла на комбинированный цикл с использованием в качестве теплоносителя диссоциирующей смеси на основе четырехокиси азота N₂O₄. Для решения поставленной задачи в энергетической газотурбинной установке, содержащей газотурбинный блок из последовательно установленных компрессоров низкого и высокого давления, камеры сгорания топлива, газовой турбины и генератора тока, через который снимаемая с турбины мощность передается потребителю, и замкнутый утилизационный контур, содержащий рекуперативный теплообменник с теплоносителем, взаимодействующим с подаваемыми из газовой турбины выхлопными газами, холодильник и насос, обеспечивающий движение теплоносителя в контуре, в состав замкнутого утилизационного контура введены регенератор и две утилизационные турбины. При этом теплообменник, первая и вторая утилизационные турбины, холодильник, насос и регенератор установлены последовательно и образуют замкнутую систему (цикл), первая и вторая утилизационные турбины дополнительно соединены с регенератором, а теплоносителем замкнутой системы является диссоциирующая смесь на основе четырехокиси азота N₂O₄. 1 илл., 4 п.ф.The utility model relates to the field of energy and is intended for the production of mechanical energy, electricity and heat based on the use of the heat of the hot exhaust gases of gas turbines. The objective of the proposed solution is to increase the efficiency of an energy gas turbine unit by replacing the combined cycle cycle with the use of a dissociating mixture based on nitrogen tetroxide N ₂ O ₄ as a heat carrier. To solve the problem in an energy gas turbine installation containing a gas turbine unit of successively installed low and high pressure compressors, a fuel combustion chamber, a gas turbine and a current generator through which the power removed from the turbine is transmitted to the consumer, and a closed utilization circuit containing a recuperative heat exchanger with a coolant interacting with the exhaust gases supplied from the gas turbine, a refrigerator and a pump, providing the movement of the coolant in the circuit ur, a regenerator and two utilization turbines were introduced into the closed utilization circuit. In this case, the heat exchanger, the first and second utilization turbines, a refrigerator, a pump and a regenerator are installed in series and form a closed system (cycle), the first and second utilization turbines are additionally connected to the regenerator, and the dissipating mixture based on nitrogen tetroxide N ₂ O ₄ is a heat carrier of the closed system . 1 ill., 4 pf

Description

Полезная модель относится к области энергетики и энергетического машиностроения и предназначена для производства механической энергии, электроэнергии и тепла на основе использования теплоты горячих выхлопных газов газотурбинных установок.The utility model relates to the field of energy and power engineering and is intended for the production of mechanical energy, electricity and heat based on the use of heat from the hot exhaust gases of gas turbine plants.

Газотурбинные установки (ГТУ) служат для получения энергии и широко используются в энергосиловых системах в различных отраслях промышленности - в энергетике, на транспорте, в газовой и нефтяной промышленности в качестве привода газоперекачивающих агрегатов для транспортировки природного газа по магистральным газопроводам и т.д.Gas turbine units (GTU) are used to generate energy and are widely used in power systems in various industries - in the energy sector, in transport, in the gas and oil industry as a drive for gas pumping units for transporting natural gas through gas pipelines, etc.

В ГТУ, работающих по простому циклу (что имеет место, например, на транспорте), выхлопные газы обычно выбрасываются в атмосферу. В связи с этим коэффициент полезного действия (КПД) таких установок находится в пределах 23-34%.In gas turbines operating on a simple cycle (which takes place, for example, in transport), exhaust gases are usually emitted into the atmosphere. In this regard, the efficiency (Efficiency) of such installations is in the range of 23-34%.

При транспортировке газа из областей его производства к потребителям, находящимся вдали от этих областей, используются трубопроводы When transporting gas from areas of its production to consumers located away from these areas, pipelines are used

для передачи природного газа под высоким давлением. Газовые компрессоры, которые перегоняют газ по этим трубопроводам, обычно приводятся в действие от ГТУ. С целью снижения расхода топлива такие системы дополнительно снабжаются циклом рекуперации теплоты за счет преобразования в электричество тепла выхлопных газов турбины, имеющих на выходе из турбины температуру 400-560°С.for transferring natural gas under high pressure. Gas compressors that distill gas through these pipelines are usually driven by gas turbines. In order to reduce fuel consumption, such systems are additionally equipped with a heat recovery cycle by converting turbine exhaust gases having a temperature of 400-560 ° C at the outlet of the turbine into heat electricity.

Идеи полезного использования тепла выхлопных газов заложены, например, в решениях, описанных в следующих патентах на изобретения и полезные модели РФ:The ideas for the beneficial use of heat from exhaust gases are embedded, for example, in the solutions described in the following patents for inventions and utility models of the Russian Federation:

1. «Комбинированная парогазовая энергетическая установка и способ ее эксплуатации». - патент РФ на изобретение №2124134, МПК F 01 K 23/10, приор. от 13.02.1998 г., опубл. 27.12.1998 г.;1. "Combined combined cycle power plant and method of its operation." - RF patent for the invention No. 2124134, IPC F 01 K 23/10, prior. from 02.13.1998, publ. 12/27/1998;

2. «Газотурбинная установка с теплоутилизационным контуром».2. "Gas turbine installation with heat recovery circuit."

- патент РФ на изобретение №1607502, МПК F 01 K 23/10, приор. от 13.02.1998 г., опубл. 27.12.1998 г.;- RF patent for the invention No. 1607502, IPC F 01 K 23/10, prior. from 02.13.1998, publ. 12/27/1998;

3. «Теплоэнергетическая установка для утилизации теплоты выхлопных газов газотурбинного двигателя». - патент РФ на изобретение №2266414, МПК F 01 K 23/10, F 02 C 6/18, приор. от 30.12.1999 г., опубл. 27.10.2003 г.3. "Thermal power plant for the utilization of the heat of exhaust gases of a gas turbine engine." - RF patent for the invention No. 2266414, IPC F 01 K 23/10, F 02 C 6/18, prior. from 12/30/1999, publ. 10/27/2003

4. «Энергетическая газотурбинная комбинированная установка»,4. "Energy gas turbine combined installation",

- свидетельство на полезную модель РФ №23921, МПК F 02 C 3/30, приор. от 17.12.2001 г., опубл. 20.07.2002 г.- certificate for a utility model of the Russian Federation No. 23921, IPC F 02 C 3/30, prior. dated December 17, 2001, publ. July 20, 2002

В перечисленных решениях используется широко распространенный пароводяной контур «паровой котел - паровая турбина», который дает возможность повысить суммарный КПД:In these solutions, the widely used steam-water circuit “steam boiler - steam turbine” is used, which makes it possible to increase the total efficiency:

- для двигателей мощностью в пределах 5-20 МВт до 40-45%;- for engines with power in the range of 5-20 MW up to 40-45%;

- для двигателей от 20 до 60 МВт до 53%;- for engines from 20 to 60 MW to 53%;

- для двигателей мощностью от 60 МВт до 900 МВт до 58-60% за счет усложнения пароводяного цикла (см. также «Каталог газотурбинного оборудования 2003-2004 г.г.», глава 3, стр.101-120. - Приложение к - for engines with power from 60 MW to 900 MW to 58-60% due to the complication of the steam-water cycle (see also "Catalog of gas-turbine equipment 2003-2004", chapter 3, pp. 101-120. - Appendix to

Специализированному информационно-аналитическому журналу «Газотурбинные технологии»).Specialized information and analytical journal "Gas Turbine Technologies").

Принцип действия таких комбинированных ГТУ состоит в том, что выходные газы турбины подаются в теплообменник с водой, которая за счет нагрева испаряется. Образующийся водяной пар подается на паровую турбину, которая соединена с генератором, производящим электричество. Расширенный пар выходит из турбины, охлаждается, конденсируется и вновь в виде воды поступает в теплообменник.The principle of operation of such combined gas turbines is that the exhaust gases of the turbine are supplied to the heat exchanger with water, which evaporates due to heating. The resulting water vapor is fed to a steam turbine, which is connected to a generator that produces electricity. Expanded steam leaves the turbine, cools, condenses and again enters the heat exchanger in the form of water.

Однако, пароводяные системы рекуперации тепла выхлопных газов газовой турбины недостаточно эффективны по следующим причинам:However, steam-water systems for heat recovery of exhaust gases of a gas turbine are not efficient enough for the following reasons:

- свойства водяного пара при рабочих параметрах температуры и давления в утилизационных системых ГТУ не являются оптимальными, т.к. низкие значения температур и давления соответствуют повышенным расходам тепла на единицу мощности. Паровые турбины эффективны при нагреве пара обычно до 650°С;- the properties of water vapor at operating parameters of temperature and pressure in the utilization system of gas turbines are not optimal, because low temperatures and pressures correspond to increased heat consumption per unit power. Steam turbines are effective in heating steam, usually up to 650 ° C;

- теплоемкость пара в процессе осуществления рабочего цикла снижается, что приводит к уменьшению тепловых потоков в теплообменниках;- the heat capacity of the steam during the implementation of the working cycle is reduced, which leads to a decrease in heat fluxes in the heat exchangers;

- относительно высок теплосъем от отработанного пара при сравнительно низких адиабатических перепадах, что сопровождается увеличением потерь в конденсаторе;- relatively high heat removal from spent steam at relatively low adiabatic drops, which is accompanied by an increase in losses in the capacitor;

- для экономически обоснованного термического КПД установки в системе необходим конденсатор отработанного пара с обеспечением в нем давления до 0,04 ата, что резко увеличивает массогабаритные показатели энергетической установки в целом;- for the economically justified thermal efficiency of the installation in the system, a spent steam condenser is required with a pressure of up to 0.04 atm in it, which sharply increases the overall dimensions of the power plant;

- есть необходимость осуществления водоподготовки и контроля качества питательной воды;- there is a need for water treatment and quality control of feed water;

- с целью осуществления более эффективного регенеративного цикла требуется дополнительное количество теплообменников, по - in order to implement a more efficient regenerative cycle, an additional number of heat exchangers is required;

количеству ступеней промежуточного отбора пара, что также отражается и на массогабаритных показателях, и на стоимости установки в целом.the number of stages of intermediate steam extraction, which also affects the overall dimensions and the cost of the installation as a whole.

Для повышения эффективности использования выделяющейся при сгорании топлива теплоты и дополнительного повышения КПД в циклах рекуперации теплоты отработанных газов применяют отличные от воды органические теплоносители, например, нормальный пентан, изопентан, пропан, изобутан (например, патенты РФ на изобретения №2171385 «Газотурбинная система с циклом рекуперации теплоты и способ ее использования» (МПК F 02 C 6/18, приоритет от 13.06.1996 г., опубл. 27.07.2001 г.) и №2215165 «Способ регенерации тепла выхлопных газов в преобразователе органической энергии с помощью промежуточного жидкостного цикла (варианты) и система регенерации тепла выхлопных газов» (МПК F 01 K 23/10, F 02 C 6/18, приор. от 28.05.2003 г., опубл. 20.12.2005 г.).To increase the efficiency of using the heat generated during fuel combustion and to further increase the efficiency in the heat recovery of exhaust gases, organic heat carriers other than water are used, for example, normal pentane, isopentane, propane, isobutane (for example, RF patents for inventions No. 2171385 “Gas turbine system with a cycle heat recovery and the method of its use "(IPC F 02 C 6/18, priority of 06/13/1996, publ. 07/27/2001) and No. 2215165" Method of heat recovery of exhaust gases in an organic energy converter with using the intermediate liquid cycle (options) and exhaust heat recovery system ”(IPC F 01 K 23/10, F 02 C 6/18, prior dated May 28, 2003, published on December 20, 2005).

В монографии Нестеренко В.Б. и Тверкина Б.Е. «Теплообмен в ядерных реакторах с диссоциирующими теплосителями» (Минск, Наука и техника, 1980 г.) рассматривается возможность построения газожидкостного цикла на химически реагирующих рабочих телах. Класс таких рабочих тел достаточно велик. Это могут быть HgCl₂, Al₂Cl₆, четырехокись азота N₂O₄ и другие.In the monograph Nesterenko V.B. and Tverkin B.E. “Heat transfer in nuclear reactors with dissociating heat carriers” (Minsk, Science and Technology, 1980) considers the possibility of constructing a gas-liquid cycle on chemically reacting working fluids. The class of such working bodies is large enough. It can be HgCl ₂ , Al ₂ Cl ₆ , nitrogen tetroxide N ₂ O ₄ and others.

Конструктивное исполнение предложенных решений достаточно громоздко и экономически оправдано в случаях больших электрических мощностей. В системах массового спроса, при мощностях от 300 до 10000 кВт, - например, в случае транспортировки газа из областей его производства к потребителям, которые находятся вдали от этих областей, - нужны более экономичные и компактные энергетические комплексы.The design of the proposed solutions is rather cumbersome and economically justified in cases of large electrical capacities. In mass demand systems, with capacities ranging from 300 to 10,000 kW, for example, in the case of gas transportation from the areas of its production to consumers that are far from these areas, more economical and compact energy complexes are needed.

Наиболее близким к предлагаемому решению можно считать систему, состав и работа которого описаны в патенте «Бинарная парогазовая установка» (патент РФ на изобретение №2252323, МПК F 01 K 23/10, приор. от 30.12.2002 г., опубл. 20.05.2005 г).The closest to the proposed solution can be considered a system whose composition and operation are described in the patent “Binary combined-cycle plant” (RF patent for the invention No. 2252323, IPC F 01 K 23/10, prior dated 12.30.2002, publ. 20.05. 2005).

Прототип содержит компрессоры низкого и высокого давления, промежуточный охладитель воздуха, камеру сгорания, газовую турбину, котел-утилизатор (теплообменник), паровую турбину, насос и генератор тока. При этом число ступеней компрессоров высокого и низкого давления выбирается, исходя из требуемого общего КПД установки.The prototype contains low and high pressure compressors, an intercooler, a combustion chamber, a gas turbine, a waste heat boiler (heat exchanger), a steam turbine, a pump and a current generator. The number of stages of high and low pressure compressors is selected based on the required overall efficiency of the installation.

Использование в прототипе промежуточного охлаждения воздуха при его сжатии в компрессоре увеличивает суммарный КПД парогазовой установки до 52,8%. Повышение давления в компрессоре позволяют (по расчету авторов) повысить КПД до 53,18%. Однако при этом резко уменьшаются преимущества в мощностных показателях установки.The use of intermediate air cooling in the prototype when it is compressed in a compressor increases the total efficiency of a combined cycle plant up to 52.8%. The increase in pressure in the compressor allows (according to the authors) to increase the efficiency to 53.18%. However, at the same time, the advantages in the power performance of the installation are sharply reduced.

К недостаткам прототипа можно отнести:The disadvantages of the prototype include:

- повышение начальной температуры и давления в газовых турбинах;- increase in initial temperature and pressure in gas turbines;

- увеличение числа ступеней компрессоров высокого и низкого давлений, ухудшающее массогабаритные показатели;- an increase in the number of stages of high and low pressure compressors, worsening overall dimensions;

- незначительное повышение суммарного КПД по сравнению с другими известными решениями.- a slight increase in total efficiency compared to other known solutions.

Задачей предлагаемого решения является повышение КПД энергетической газотурбинной установки за счет замены парогазового цикла на комбинированный цикл с использованием в качестве теплоносителя диссоциирующей смеси.The objective of the proposed solution is to increase the efficiency of a gas turbine power plant by replacing the combined cycle cycle with a combined cycle using a dissociating mixture as a coolant.

Для решения поставленной задачи в энергетической газотурбинной установке комбинированного цикла, содержащей газотурбинный блок, в котором последовательно установлены компрессор низкого давления, компрессор высокого давления, камера сгорания топлива, газовая турбина и генератор тока, через который снимаемая с турбины мощность передается потребителю, и замкнутый утилизационный контур, содержащий рекуперативный теплообменник с теплоносителем, взаимодействующим с подаваемыми из газовой турбины выхлопными газами, холодильник и насос, обеспечивающий движение теплоносителя в контуре, в состав To solve this problem, in a combined cycle gas turbine power plant containing a gas turbine block, in which a low-pressure compressor, a high-pressure compressor, a fuel combustion chamber, a gas turbine and a current generator through which the power removed from the turbine is transmitted to the consumer and a closed utilization circuit are installed comprising a recuperative heat exchanger with a coolant interacting with exhaust gases supplied from a gas turbine, a refrigerator and a pump, providing movement of the coolant in the circuit, in the composition

замкнутого утилизационного контура введены регенератор и две утилизационные турбины. При этом теплообменник, первая и вторая утилизационные турбины, холодильник, насос и регенератор установлены последовательно и образуют замкнутую систему (цикл), первая и вторая утилизационные турбины дополнительно соединены с регенератором, а теплоносителем замкнутой системы является диссоциирующая смесь.a closed utilization circuit introduced a regenerator and two utilization turbines. In this case, the heat exchanger, the first and second utilization turbines, the refrigerator, the pump and the regenerator are installed in series and form a closed system (cycle), the first and second utilization turbines are additionally connected to the regenerator, and the dissociating mixture is the heat carrier of the closed system.

При этом газовая турбина может содержать две турбины - высокого и низкого давлений.In this case, a gas turbine may contain two turbines - high and low pressure.

В качестве диссоциирующей смеси как рабочего тела утилизационного контура может быть использован газ на основе четырехокиси азота N₂O₄. Теплотехнические характеристики N₂O₄ наиболее соответствуют созданию утилизационного контура с учетом параметров выхлопных газов ГТУ.As a dissociating mixture as the working fluid of the recycling circuit, gas based on nitrogen tetroxide N ₂ O ₄ can be used. Thermotechnical characteristics of N ₂ O _{4 are} most consistent with the creation of a recycling circuit taking into account the parameters of the exhaust gases of a gas turbine.

Кроме того, для передачи дополнительной мощности потребителю энергетическая газотурбинная установка может быть снабжена вторым генератором тока с приводом, подключенным к выходу второй утилизационной турбины замкнутого утилизационного контура.In addition, to transfer additional power to the consumer, the power gas turbine unit can be equipped with a second current generator with a drive connected to the output of the second utilization turbine of the closed utilization circuit.

Примечания.Notes.

1). Система называется замкнутой, если теплоноситель - рабочее тело системы - загружается в нее однократно, при подготовке турбины к работе, и в процессе эксплуатации лишь перемещается по замкнутому контуру.one). A system is called closed if the coolant - the working fluid of the system - is loaded into it once, when preparing the turbine for operation, and during operation it only moves along a closed circuit.

2). Идея применения химически реагирующего, то-есть, диссоциирующего газа в качестве рабочего тела замкнутого газотурбинного цикла основана на изменении газовой постоянной в процессах сжатия и расширения газа. При диссоциации (разложении, распаде) происходит уменьшение молекулярного веса вещества и соответственно затрата энергии. В процессе расширения, при ассоциации, наоборот, происходит выделение энергии. Причем установлено, что коэффициенты теплообмена в процессе 2). The idea of using a chemically reacting, that is, dissociating gas as a working fluid of a closed gas turbine cycle is based on a change in the gas constant in the processes of gas compression and expansion. During dissociation (decomposition, decay), the molecular weight of the substance decreases and, accordingly, the energy is consumed. In the process of expansion, during association, on the contrary, energy is released. Moreover, it was found that the heat transfer coefficients in the process

химической реакции N₂O₄↔2 NO₂ могут в 7-8 раз превышать значения, имеющие место без химической реакции (см. Исаев С.И. Курс химической термодинамики. - Учебное пособие для вузов. - М., Высшая шк., 1975. - с.104-115).chemical reactions N ₂ O ₄ ↔ ₂ NO ₂ can be 7-8 times higher than the values occurring without a chemical reaction (see Isaev S.I. Course in chemical thermodynamics. - Textbook for high schools. - M., Higher school., 1975 .-- p.104-115).

Введение дополнительных устройств и связей в энергетическую газотурбинную установку, а также замена парогазового цикла на комбинированный замкнутый цикл с использованием диссоциирующего теплоносителя позволяет:The introduction of additional devices and connections into an energy gas turbine unit, as well as the replacement of a combined cycle cycle with a combined closed cycle using a dissociating heat carrier, allows:

- повысить термодинамические свойства утилизационной системы и увеличить долю энергии, отводимой от ГТУ для использования в силовых турбинах, по сравнению с пароводяным циклом на 10-15%;- increase the thermodynamic properties of the utilization system and increase the share of energy diverted from the gas turbine for use in power turbines, compared with the steam-water cycle by 10-15%;

- достичь высоких значений коэффициентов теплообмена и концентрированной теплопередачи за счет химических реакций диссоциирующего теплоносителя;- to achieve high values of heat transfer coefficients and concentrated heat transfer due to chemical reactions of dissociating heat carrier;

- исключить из утилизационной системы обязательный в пароводяных системах конденсатор отработанного пара с давлением 0,04 ата, поскольку N₂O₄ при рабочем давлении конденсации 0,15-0,20 МПа имеет удельный объем в 34-40 раз меньше объема водяного пара при той же температуре;- to exclude from the utilization system the required steam condenser in steam-water systems with a pressure of 0.04 atm, since N ₂ O ₄ at a condensation operating pressure of 0.15-0.20 MPa has a specific volume of 34-40 times less than the volume of water vapor at that same temperature;

- упростить схему регенерации тепла в газожидкостном цикле вследствие того, что N₂O₄ имеет малую теплоту испарения, которая в 5,5 раз меньше, чем у воды. При этом количества тепла уходящих из турбины газов достаточно не только для нагрева и испарения жидкой фазы теплоносителя, но и для перегрева газа в регенераторе на 100-200°С;- to simplify the scheme of heat recovery in the gas-liquid cycle due to the fact that N ₂ O ₄ has a low heat of vaporization, which is 5.5 times less than that of water. In this case, the amount of heat of the gases leaving the turbine is sufficient not only for heating and evaporation of the liquid phase of the coolant, but also for overheating of the gas in the regenerator by 100-200 ° C;

- за счет перечисленного снизить массогабаритные показатели основных устройств системы, особенно теплообменников и регенераторов;- due to the above, reduce the overall dimensions of the main devices of the system, especially heat exchangers and regenerators;

- резко уменьшить тепловыделение в окружающую среду.- sharply reduce heat release into the environment.

На фиг.1 представлена структурная схема предлагаемого решения.Figure 1 presents the structural diagram of the proposed solution.

Энергетическая установка содержит газотурбинный блок и замкнутый утилизационный контур. Газотурбинный блок содержит последовательно установленные компрессор низкого давления 1, в который подается наружный воздух, компрессор высокого давления 2, камеру сгорания топлива 3, газовую турбину, состоящую из турбины высокого давления 4 и турбины низкого давления 5, и генератор тока 6, через который снимаемая с турбин 4 и 5 мощность передается потребителю.The power plant contains a gas turbine unit and a closed utilization circuit. The gas turbine unit contains a series-installed low pressure compressor 1, into which external air is supplied, a high pressure compressor 2, a fuel combustion chamber 3, a gas turbine consisting of a high pressure turbine 4 and a low pressure turbine 5, and a current generator 6 through which it is removed from turbines 4 and 5 power is transmitted to the consumer.

Замкнутый утилизационный контур содержит последовательно установленные рекуперативный теплообменник 7 с теплоносителем, первую 8 и вторую 9 утилизационные турбины, холодильник 10, насос 11, обеспечивающий движение теплоносителя в контуре, регенератор 12 и второй генератор тока 13. Генератор 13 подключен к выходу второй утилизационной турбины 9 для передачи мощности турбин 8 и 9 потребителю.The closed utilization circuit contains sequentially installed recuperative heat exchanger 7 with a heat carrier, the first 8 and second 9 utilization turbines, a refrigerator 10, a pump 11 that provides heat carrier movement in the circuit, a regenerator 12 and a second current generator 13. The generator 13 is connected to the output of the second utilization turbine 9 for power transmission of turbines 8 and 9 to the consumer.

Для обеспечения химической реакции N₂O₄↔2NO₂ и обратно регенератор 12 дополнительно соединен с утилизационными турбинами 8 и 9, а рекуперативный теплообменник 7 - с выходом турбины низкого давления 5.To ensure the chemical reaction of N ₂ O ₄ ↔ 2NO ₂ and vice versa, the regenerator 12 is additionally connected to the recovery turbines 8 and 9, and the regenerative heat exchanger 7 is connected to the output of the low pressure turbine 5.

Установка работает следующим образом.Installation works as follows.

Атмосферный воздух из окружающей среды поступает в компрессор низкого давления 1 и через компрессор высокого давления 2 попадает в камеру сгорания 3, где происходит процесс горения топлива, - например, природного газа. Из камеры 3 полученные при сгорании газы с расчетными значениями температуры и давления поступают в турбину высокого давления 4 и далее - в турбину низкого давления 5. Расположенный на общем валу с турбинами 4 и 5 генератор тока 6 приводится в действие, и полученная мощность ГТУ поступает к потребителю.Atmospheric air from the environment enters the low-pressure compressor 1 and through the high-pressure compressor 2 enters the combustion chamber 3, where the process of burning fuel, for example, natural gas, takes place. From the chamber 3, the gases obtained during combustion with the calculated values of temperature and pressure enter the high-pressure turbine 4 and then to the low-pressure turbine 5. The current generator 6 located on the common shaft with the turbines 4 and 5 is driven, and the obtained gas turbine power is supplied to to the consumer.

Выхлопные газы ГТУ из турбины низкого давления 5 с температурой 400-560°С подаются в рекуперативный теплообменник 7 для нагрева диссоциирующего теплоносителя замкнутой системы - четырехокиси азота N₂O₄.The exhaust gases of a gas turbine from a low-pressure turbine 5 with a temperature of 400-560 ° C are supplied to a recuperative heat exchanger 7 to heat a dissociating coolant of a closed system - nitrogen tetroxide N ₂ O ₄ .

Теплоноситель четырехокись азота N₂О₄ в жидком состоянии при температуре 30-40°С и давлении 0.18-0.22 МПа, из холодильника 10 поступает в насос 11, который сжимает его и повышает давление до 13-17 МПа. Далее теплоноситель поступает в регенератор 12, где он нагревается за счет тепла газов, выходящих из первой утилизационной турбины 8, до 200-250°С. С полученными параметрами уже в газообразном виде четырехокись азота N₂О₄ попадает в теплообменник 7. Здесь газ рабочего тела получает дополнительное тепло от выхлопных газов газотурбинного блока, диссоциирует с поглощением энергии на диссоциацию до фазы NO₂ и выполняет работу в первой турбине 8.The coolant is nitrogen dioxide N ₂ O ₄ in a liquid state at a temperature of 30-40 ° C and a pressure of 0.18-0.22 MPa, from the refrigerator 10 it enters the pump 11, which compresses it and increases the pressure to 13-17 MPa. Next, the coolant enters the regenerator 12, where it is heated due to the heat of the gases leaving the first recovery turbine 8, to 200-250 ° C. With the obtained parameters, nitrogen gas N ₂ О ₄ already enters the heat exchanger 7 in a gaseous form. Here, the gas of the working fluid receives additional heat from the exhaust gases of the gas turbine unit, dissociates with the absorption of energy for dissociation to the NO ₂ phase, and performs work in the first turbine 8.

После турбины 8 в регенераторе 12 теплоноситель трансформируется в газ N₂О₄, отдавая часть тепла для подогрева и испарения поступающего в регенератор 12 из насоса 11 теплоносителя в жидкой фазе. Из регенератора 12 теплоноситель в фазе N₂О₄ поступает на вторую турбину 9 замкнутого утилизационного контура. Турбина 9 работает на теплоносителе в фазе N₂О₄. Генератор тока 13 приводится в действие, и полученная мощность утилизационных турбин также поступает к потребителю.After the turbine 8 in the regenerator 12, the coolant is transformed into N ₂ O ₄ gas, giving up part of the heat for heating and evaporation of the coolant pump 11 entering the regenerator 12 in the liquid phase. From the regenerator 12, the coolant in the N ₂ O ₄ phase enters the second turbine 9 of the closed recovery circuit. The turbine 9 runs on a coolant in the phase of N ₂ About ₄ . The current generator 13 is driven, and the resulting power of the recovery turbines is also supplied to the consumer.

В первой турбине 8 реализуется энергия двуокиси азота NO_2. Во второй турбине 9 после нагрева от тепла, полученного за счет реакции восстановления, используется теплоноситель четырехокись азота N₂O₄. Таким образом реализуется тепло рекомбинации теплоносителя.In the first turbine 8, the energy of nitrogen dioxide NO ₂ is realized _. In the second turbine 9, after heating from the heat obtained through the reduction reaction, the coolant is nitrogen dioxide N ₂ O ₄ . Thus, the heat of recombination of the coolant is realized.

Параметры теплоносителя на выходе из турбины 9: температура ~65°С, давление ~0.23-0.24 МПа. Эти параметры могут уточняться и регулироваться применительно к конструктивным особенностям конкретной энергетической установки.The parameters of the coolant at the outlet of the turbine 9: temperature ~ 65 ° C, pressure ~ 0.23-0.24 MPa. These parameters can be refined and adjusted in relation to the design features of a particular power plant.

Предлагаемая полезная модель позволяет усовершенствовать цикл рекуперации тепла выхлопных газов и широко использовать описанную энергетическую установку на практике. Замкнутые газожидкостные утилизационные системы целесообразно применять на ГТУ агрегатной мощностью от 1000 кВт и более, имеющих достаточно высокую степень загрузки, - например, на электростанциях, на газо- и нефтеразработках, газо- и нефтемагистралях, морских буровых установках, судах неограниченного района плавания и др.The proposed utility model allows to improve the cycle of heat recovery of exhaust gases and to widely use the described power plant in practice. It is advisable to use closed gas-liquid utilization systems at gas turbines with aggregate power from 1000 kW and more, having a rather high degree of load, for example, at power plants, gas and oil development, gas and oil trunk pipelines, offshore drilling rigs, vessels of unlimited navigation area, etc.

Суммарный КПД газотурбинной установки с применением замкнутой газожидкостной системы с теплоносителем N2O4 может быть увеличен на 10-15% по сравнению с существующими пароводяными утилизационными системами и достигать величины 65-68%.The total efficiency of a gas turbine installation using a closed gas-liquid system with a N2O4 coolant can be increased by 10-15% compared to existing steam-water utilization systems and reach 65-68%.

К примеру, потенциал уходящих газов ГТУ, установленных в настоящее время ОАО «Газпром» на магистральных трубопроводах, оценивается в 836 млн ГигаДжоулей в год. В теплоснабжении используется только 54,3 млн ГигаДжоулей в год, или 6,5%. Указанные мощности реализованы:For example, the potential of GTU flue gases currently installed by Gazprom on trunk pipelines is estimated at 836 million GigaJoules per year. Only 54.3 million GigaJoules per year, or 6.5%, are used in heat supply. The indicated capacities are realized:

- ГТУ мощностью 16 МВт - 850 единиц;- GTU with a capacity of 16 MW - 850 units;

- ГТУ мощностью 25 МВт - 200 единиц.- GTU with a capacity of 25 MW - 200 units.

Таким образом, предлагаемое в заявке решение позволит дополнительно получить около 30-35 млрд. кВт.ч. электроэнергии в год только в системе ОАО «Газпром».Thus, the solution proposed in the application will additionally provide about 30-35 billion kWh. electricity per year only in the Gazprom system.

Кроме того, возможна конструктивная реализация утилизационной системы в виде отдельного устройства с последующим присоединением ее к ГТУ в заданном районе эксплуатации. При этом мощностным рядом утилизационных турбин в пределах 0,5-18 МВт могут быть укомплектованы системы агрегатной мощностью до 30 МВт, что делает выигрыш от предлагаемого решения еще более очевидным.In addition, a constructive implementation of the disposal system in the form of a separate device with its subsequent connection to the gas turbine in a given area of operation is possible. At the same time, systems with an aggregate capacity of up to 30 MW can be equipped with a range of utilization turbines within 0.5-18 MW, which makes the gain from the proposed solution even more obvious.

Claims

1. A combined cycle power gas turbine installation comprising a gas turbine unit including a low-pressure compressor, a high-pressure compressor, a fuel combustion chamber, a gas turbine and a current generator through which power removed from the turbine is transmitted to the consumer, and a closed utilization circuit, to which includes a recuperative heat exchanger with a coolant interacting with the exhaust gases supplied from the gas turbine, a refrigerator and a pump that provides coolant movement in the circuit, characterized in that a regenerator and two utilization turbines are introduced into the closed utilization circuit, the heat exchanger, the first and second utilization turbines, a refrigerator, a pump and the regenerator being installed in series and form a closed system, the first and second utilization turbines are additionally connected to the regenerator , and the coolant of the closed system is a dissociating mixture.

2. Power combined cycle gas turbine plant according to claim 1, characterized in that the gas turbine contains two turbines - high and low pressure.

3. Power combined cycle gas turbine plant according to claim 1, characterized in that the dissociating mixture is a gas based on nitrogen tetroxide N ₂ O ₄ .

4. The combined cycle power gas turbine installation according to claim 1, characterized in that it is equipped with a second current generator through which the power removed from the utilization turbines is also transmitted to the consumer.