UA24298U

UA24298U - Gas-turbine unit for operation on low-calorie fuel

Info

Publication number: UA24298U
Application number: UAU200701476U
Authority: UA
Inventors: Anatolii Hryhorovych Hubich
Original assignee: Anatolii Hryhorovych Hubich
Priority date: 2007-02-12
Filing date: 2007-02-12
Publication date: 2007-06-25

Abstract

A gas-turbine unit for operation on low-calorie fuel has gas-turbine engine, unit of start gas, compressor of fuel gas, turbo-generator. The compressor of fuel gas is arranged with separate drive from top-pressure gas turbine, operation of the last one is provided with takeoff of excess of compressed air from compressor of gas-turbine engine, excess of air if formed at operation of combustion chamber of gas-turbine engine on low-calorie fuel.

Description

Опис винаходуDescription of the invention

Корисна модель відноситься до газотурбінних енергетичних установок і може бути використана для 2 виробництва електроенергії на підприємствах металургійного комплексу, на яких, в ході технологічного процесу, створюється низькокалорійне паливо - доменний, коксовий та подібні їм гази.The useful model refers to gas turbine power plants and can be used for 2 electricity production at enterprises of the metallurgical complex, which, during the technological process, create low-calorie fuel - blast furnace, coke and similar gases.

Відома газотурбінна установка газоперекачуючого агрегату призначена для приводу нагнітача, що має в своєму складі газогенератор, камеру згоряння, силову турбіну, систему управління, системи забезпечення, в якій конструкція компресору газогенератора дозволяє відбирати повітря з проміжних ступенів на потреби 70 газотурбінної установки - охолодження турбіни, протиобльодовуючий пристрій та інше, а в якості палива використовується природний газ |М. Соколовский, В. Мельничук, Г. Кислицин и др. Агрегат ГПА-16 "Урал" -The well-known gas turbine unit of the gas pumping unit is designed to drive a supercharger, which includes a gas generator, a combustion chamber, a power turbine, a control system, a support system in which the design of the gas generator compressor allows air to be taken from the intermediate stages for the needs of the 70 gas turbine unit - turbine cooling, anti-icing device and other, and natural gas is used as fuel |M. Sokolovsky, V. Melnychuk, G. Kyslytsyn and others. Unit HPA-16 "Ural" -

Газотурбиннье технологии Моб, 2001г, стр.12-15).Gas turbine technologies Mob, 2001, pp. 12-15).

Використання природного газу як палива для відомої установки не дозволяє створити надлишок повітря, і з компресору відбирається частина повітря енергетичного цикла, що збільшує втрати та знижуює корисну 729 потужність установки.The use of natural gas as a fuel for a known installation does not allow creating excess air, and a part of the energy cycle air is taken from the compressor, which increases losses and reduces the useful 729 power of the installation.

Відома також газотурбінна установка працююча на природному газі, призначена для подачі стисненого повітря в технологію виробництва слабої азотної кислоти яка складається з блоку турбокомпресора, системи масло-забезпечення та системи автоматичного управління. Особливістю установки являється наявність компресору підвищеної продуктивності з можливістю відбору стисненого повітря на технологічні потреби, яке після технології повертається у вигляді хвостових газів, а останні використовуються як робоче тіло, створюючи потужність установки. (В. Кайль Новая газотурбинная установка - Еврохим, Мо8, 2005Г.1.Also known is a gas turbine plant operating on natural gas, intended for supplying compressed air to the production technology of weak nitric acid, which consists of a turbocompressor unit, an oil supply system, and an automatic control system. A feature of the installation is the presence of a high-performance compressor with the possibility of selecting compressed air for technological needs, which after the technology is returned in the form of tail gases, and the latter are used as a working body, creating the power of the installation. (V. Kail New gas turbine installation - Eurochem, Mo8, 2005G.1.

Але додатковий об'єм стисненого повітря забезпечується конструкцією компресора на привід якого потрібна вся корисна потужність установки, а не створюється за рахунок використання в якості палива природного газу.But the additional volume of compressed air is provided by the design of the compressor, the drive of which requires all the useful power of the installation, and is not created due to the use of natural gas as fuel.

Це не дозволяє отримувати потужність і для механічного приводу, наприклад турбогенератора, що знижує 22 ефективність використання установки. вThis does not allow to receive power for a mechanical drive, for example, a turbogenerator, which reduces the efficiency of using the installation. in

Найбільш близькою до пропонованої корисної моделі по сукупності ознак є газотурбінна установка, працююча на доменному газі, призначена для виробництва електроенергії до складу якої входять газотурбінний двигун, парова турбіна, компресор паливного газу, редуктор, турбогенератор, парогенератор-утилізатор тепла, пристрій очищення доменного газу та системи забезпечення. соThe closest to the proposed useful model in terms of characteristics is a gas turbine plant operating on blast furnace gas, intended for the production of electricity, which includes a gas turbine engine, a steam turbine, a fuel gas compressor, a reducer, a turbogenerator, a steam heat recovery steam generator, a blast furnace gas cleaning device and security systems. co

Газотурбінний двигун, компресор паливного газу, парова турбіна, турбогенератор з'єднані послідовно в ду кінематичний ланцюг, приводами в якому слугують газотурбінний двигун та парова турбіна. Для узгодження швидкостей обертання між компресором паливного газу і паровою турбіною встановлений редуктор. счThe gas turbine engine, the fuel gas compressor, the steam turbine, and the turbogenerator are connected in series in a kinematic chain, in which the gas turbine engine and the steam turbine serve as drives. A gearbox is installed to adjust the rotation speeds between the fuel gas compressor and the steam turbine. high school

Під час запуску установки в парову турбіну подається пусковий пар і вона розкручує газотурбінний двигун. «ІDuring the start-up of the installation, start-up steam is supplied to the steam turbine and it spins up the gas turbine engine. "AND

Далі, з наростанням обертів, доменний газ стискається компресором паливного газу і підводиться доThen, with increasing revolutions, blast furnace gas is compressed by the fuel gas compressor and fed to

Зо газотурбінного двигуна. Останній вступає в роботу і починає виробляти механічну та теплову енергію, а подача с пускового пара припиняється. Теплова енергія відпрацьованих газів двигуна використовується парогенератором-утилізатором на отримання пару для парової турбіни, яка створює потужність на валу.From a gas turbine engine. The latter enters into operation and begins to produce mechanical and thermal energy, and the supply of starting steam stops. The thermal energy of the exhaust gases of the engine is used by the steam generator-utilizer to obtain steam for the steam turbine, which creates power on the shaft.

Частина потужності парової турбіни і газотурбінного двигуна витрачається на привід компресора паливного « газу, а залишок використовується на привід турбогенератора |Сотбріпедй Сусіе Рожег Ріапі. Проспект фирмь! З 740 Камазакі Неаму Іпдизігіеєз, Ца. Япония, сентябрь 1998Г|. с Недоліком відомої газотурбінної установки є недостатня її ефективність тому, що на привід компресораPart of the power of the steam turbine and gas turbine engine is used to drive the fuel gas compressor, and the rest is used to drive the turbogenerator. Prospectus of companies! From 740 Kamazaki Neamu Ipdyzigieez, Tsa. Japan, September 1998. c The disadvantage of the known gas turbine installation is its insufficient efficiency because it is driven by a compressor

Із» паливного газу витрачається частина отримуваної потужності.Part of the received power is consumed from fuel gas.

Задачею корисної моделі є підвищення ефективності газотурбінної установки з метою збільшення потужності при виробництві електроенергії.The task of the useful model is to increase the efficiency of the gas turbine installation in order to increase the power in the production of electricity.

Поставлена мета досягається тим, що в газотурбінній установці для роботи на низькокалорійному паливі, яка о має газотурбінний двигун, агрегат пускового газу, компресор паливного газу, турбогенератор згідно корисної «» моделі компресор паливного газу виконаний з окремим приводом від безкомпресорної газової турбіни, робота останньої забезпечується відбором надлишку стиснутого повітря з компресора газотурбінного двигуна, о надлишок повітря створюється при роботі камери згоряння газотурбінного двигуна на низькокалорійному паливі. (се) 20 Підвищення ефективності досягається шляхом отримання додаткової потужності на привід компресора паливного газу в безкомпресорній газовій турбіні для роботи якої використовується надлишок стисненого повітря со з компресора газотурбінного двигуна, що створюється заміщенням в камері згоряння частини повітря робочого тіла, продуктами горіння низькокалорійного палива.The goal is achieved by the fact that in a gas turbine installation for operation on low-calorie fuel, which has a gas turbine engine, a start-up gas unit, a fuel gas compressor, a turbogenerator according to the useful "" model, the fuel gas compressor is made with a separate drive from the compressorless gas turbine, the operation of the latter is ensured by taking excess compressed air from the compressor of the gas turbine engine, and the excess air is created during the operation of the combustion chamber of the gas turbine engine on low-calorie fuel. (se) 20 The increase in efficiency is achieved by obtaining additional power for the drive of the fuel gas compressor in a compressorless gas turbine for the operation of which uses an excess of compressed air from the gas turbine engine compressor, which is created by replacing part of the air in the working body in the combustion chamber with low-calorie fuel combustion products.

Надлишок повітря створюється внаслідок того, що для отримання в камері згоряння від низькокалорійного 22 палива такої ж температури, як і від висококалорійного і збереження потужності потрібно збільшити вагову с витрату низькокалорійного палива. Наприклад, при заміні природного газу на доменний газ це співвідношення становить близько 1:17,75.Excess air is created due to the fact that in order to obtain the same temperature from low-caloric fuel in the combustion chamber as from high-caloric fuel and to maintain power, it is necessary to increase the weight consumption of low-caloric fuel. For example, when replacing natural gas with blast furnace gas, this ratio is about 1:17.75.

Отримувана додаткова потужність на привід компресора паливного газу дозволяє використовувати всю потужність газотурбінного двигуна установки на виробництво електроенергії. 60 Суть корисної моделі пояснюється кресленням Фіг., де зображена пропонована конструктивна схема установки.The additional power obtained for the drive of the fuel gas compressor allows the full power of the gas turbine engine of the installation to be used for electricity production. 60 The essence of the useful model is explained by drawing Fig., which shows the proposed structural scheme of the installation.

Газотурбінна установка для роботи на низькокалорійному паливі містить газотурбінний двигун 1, що включає компресор 1.1, камеру згоряння 1.2, турбіну 1.3, безкомпресорну газову турбіну 2 до якої входять камера згоряння 2.1, безкомпресорна турбіна 2.2, регулятор 2.3, компресор паливного газу З зі зворотним клапаном бо З, агрегат пускового газу 4, який складається з компресора пускового газу 4.1, мультиплікатора 4.2,The gas turbine installation for operation on low-calorie fuel contains a gas turbine engine 1, which includes a compressor 1.1, a combustion chamber 1.2, a turbine 1.3, a compressorless gas turbine 2, which includes a combustion chamber 2.1, a compressorless turbine 2.2, a regulator 2.3, a fuel gas compressor Z with a check valve bo C, the starting gas unit 4, which consists of the starting gas compressor 4.1, the multiplier 4.2,

електродвигуна 4.3, зворотного клапана 4.4, турбогенератор 5, регулятори 6, 7, 8.electric motor 4.3, non-return valve 4.4, turbogenerator 5, regulators 6, 7, 8.

Зворотні клапани 3.1, 4.4 захищають від зворотних потоків газу компресор паливного газу З і агрегат пускового газу 4 відповідно.Non-return valves 3.1, 4.4 protect the fuel gas compressor Z and the starting gas unit 4 from backflows of gas, respectively.

Регулятори 6, 7 регулюють подачу газу на агрегат пускового газу 4 та компресор паливного газу З в залежності від режиму роботи установки.Regulators 6, 7 regulate the gas supply to the starting gas unit 4 and the fuel gas compressor Z depending on the operation mode of the installation.

Регулятори 2.3, 8 забезпечують задане співвідношення між об'ємами газу та повітря, які підводяться в камеру згоряння 2.1 безкомпресорної газової турбіни 2.Regulators 2.3, 8 ensure a given ratio between the volumes of gas and air, which are supplied to the combustion chamber 2.1 of the compressorless gas turbine 2.

Газотурбінна установка працює наступним чином. 70 Низькокалорійне паливо з низьким тиском, наприклад доменний газ, через регулятор 6 подається в агрегат пускового газу 4, стискається в ньому і підводиться в камеру згоряння 1.2 газотурбінного двигуна 1.The gas turbine installation works as follows. 70 Low-calorie fuel with low pressure, such as blast furnace gas, is fed through the regulator 6 to the starting gas unit 4, compressed in it and fed into the combustion chamber 1.2 of the gas turbine engine 1.

Відбувається запуск і газотурбінний двигун 1 виходить на режим холостого ходу. Зі збільшенням подачі газу регулятором 6 газотурбінний двигун 1 починає працювати в робочому режимі з номінальною потужністю. В компресорі 1.1 створюється надлишок стисненого повітря яке через регулятор 2.3 відбирається в камеру 7/5 Згоряння 2.1 безкомпресорної газової турбіни 2. В камеру згоряння 2.1 через регулятор 8 подається також частина газу, продукти згоряння якого разом з повітрям створюють робоче тіло для без компресорної турбіни 2.2. Безкомпресорна газова турбіна 2 запускається і починає розкручувати компресор паливного газу 3. Коли оберти досягнуть номінальних, починає роботу регулятор 7, і газ потрапляє до компресору паливного газу 3. З ростом навантаження і збільшенням тиску за компресором паливного газу З, регулятор 6, закриваючись, го припиняє подачу газу через агрегат пускового газу 4. Останній відключається і забезпечення газом газотурбінного двигуна 1 та безкомпресорної газової турбіни 2 відбувається компресором паливного газу 3.Start-up takes place and gas turbine engine 1 goes into idle mode. With the increase of the gas supply by the regulator 6, the gas turbine engine 1 starts working in the operating mode with the nominal power. In the compressor 1.1, an excess of compressed air is created, which is taken through the regulator 2.3 into the combustion chamber 7/5 Combustion 2.1 of the compressorless gas turbine 2. A part of the gas is also supplied to the combustion chamber 2.1 through the regulator 8, the combustion products of which, together with air, create the working body for the compressorless turbine 2.2 . The compressorless gas turbine 2 starts up and begins to spin up the fuel gas compressor 3. When the revolutions reach the nominal ones, the regulator 7 starts working, and the gas enters the fuel gas compressor 3. With increasing load and increasing pressure behind the fuel gas compressor Z, regulator 6, closing, stops the gas supply through the starting gas unit 4. The latter is turned off and the gas turbine engine 1 and compressorless gas turbine 2 are supplied with gas by the fuel gas compressor 3.

Використання надлишку повітря, відбираємого з компресора газотурбінного двигуна для роботи безкомпресорної газової турбіни, дозволяє отримати додаткову потужність на привід компресора паливного газу без витрат потужності газотурбінного двигуна, що збільшує ефективність установки при виробництві електроенергії. й й | ЗThe use of excess air taken from the compressor of the gas turbine engine for the operation of a compressorless gas turbine allows you to obtain additional power to drive the fuel gas compressor without consuming the power of the gas turbine engine, which increases the efficiency of the installation in the production of electricity. and and | WITH

Перехід з висококалорійного палива (наприклад, природного газу), на низькокалорійне, не вимагає зміни проточної частини газотурбінного двигуна, оскільки параметри робочого тіла (витрати, тиск, температура) зберігаються незмінні. Потрібно тільки створити камеру згоряння для спалювання низькокалорійного газу і виконати компресор з можливістю відбору надлишку повітря. Це дозволяє застосовувати в установці серійний со зо газотурбінний двигун в якому, як паливо, використовується природний газ.The transition from a high-calorie fuel (for example, natural gas) to a low-calorie one does not require a change in the flow part of the gas turbine engine, since the parameters of the working medium (expenditure, pressure, temperature) remain unchanged. It is only necessary to create a combustion chamber for burning low-calorie gas and make a compressor with the possibility of removing excess air. This makes it possible to use in the installation a serial gas turbine engine in which natural gas is used as fuel.

Установка, що заявляється, може бути виготовлена в умовах серійного виробництва з використанням Ме наявного устаткування і технологічного циклу. сThe proposed installation can be manufactured under serial production conditions using existing equipment and a technological cycle. with

Claims

" Formula of the invention c Gas turbine installation for operation on low-calorie fuel, containing a gas turbine engine, a start-up gas unit, a fuel gas compressor, a turbogenerator, which is distinguished by the fact that the fuel gas compressor is made with a separate drive from the compressorless gas turbine, the operation of the latter is ensured by selection " 70 excess of compressed air from the compressor of the gas turbine engine, excess air is created during the operation of the combustion chamber of the gas turbine engine on low-calorie fuel.

I.Y and? име) щ» име) se) ИЧ e) 60 b5