UA84462U

UA84462U - Gas-steam turbine plant with cooling of cycle air

Info

Publication number: UA84462U
Application number: UAU201304153U
Authority: UA
Inventors: Николай Александрович Дикий; Владислав Вадимович Панин; Валерий Георгиевич Петренко; Андрей Сергеевич Соломаха
Original assignee: Киевская Государственная Академия Водного Транспорта Им. Гетмана Петра Конашевича-Сагайдачного
Priority date: 2013-04-03
Filing date: 2013-04-03
Publication date: 2013-10-25

Abstract

A gas-steam turbine plant includes a gas-turbine engine that is a drive of the consumer of mechanical (electric) energy connected to the utilization circuit that includes a boiler-utilizer and a contact condenser of water from worked-out gases, it includes a system for injection of overheated water to the input of the low and high pressure compressors of the gas-turbine engine, and a water-heating heat exchanger.

Description

Корисна модель стосується галузі турбінобудування, а також може бути використана в суднобудуванні, транспорті газу, теплоенергетиці.The useful model applies to the field of turbine construction, and can also be used in shipbuilding, gas transport, and thermal power engineering.

Відомі газотурбінні установки з впорскуванням води в компресор (патенти США Мо 6 012 279, 026 3/30, 2000 рік; США Мо 6 216 443, РО02б 7/04, 2001 рік; США Мо 7 520 137, г02О 3/30, 2009 рік), в результаті чого реалізується вигідний з термодинамічної точки зору процес стиснення з одночасним охолодженням повітря ("вологе стиснення"), що підвищує потужність та ефективний ККД енергоустановки.Known gas turbine units with water injection into the compressor (US patents Mo 6 012 279, 026 3/30, 2000; USA Mo 6 216 443, РО02b 7/04, 2001; USA Mo 7 520 137, g02O 3/30, 2009 year), as a result of which a thermodynamically advantageous compression process with simultaneous air cooling ("wet compression") is implemented, which increases the power and effective efficiency of the power plant.

Недоліком таких теплових схем є незворотні втрати хімічно очищеної води, яка впорскується в потік повітря, в результаті чого існують суттєві затрати на систему підживлення та підготовки води. Крім того, для реалізації мілкого розпилення необхідні спеціальні конструкції форсунок або дуже високий тиск води перед розпиленням. В комплексі це частково знецінює отриманий позитивний ефект.The disadvantage of such thermal schemes is the irreversible loss of chemically purified water, which is injected into the air flow, as a result of which there are significant costs for the water supply and preparation system. In addition, special nozzle designs or very high water pressure before spraying are required to implement shallow spraying. In the complex, this partially devalues the obtained positive effect.

Як найближчий аналог прийнята газопаротурбінна установка, що складається з газотурбінного двигуна з електрогенератором, котла-утилізатора, який по парі сполучений з камерою згоряння газотурбінного двигуна, та конденсатора води з відхідних газів (ПатентAs the closest analog, a gas-steam turbine installation consisting of a gas turbine engine with an electric generator, a heat recovery boiler, which is connected to the combustion chamber of the gas turbine engine by steam, and a water condenser from waste gases (Patent

України Мо 79729 РОК 21/00, Р026 3/20, 2007 рію.Mo of Ukraine 79729 ROK 21/00, P026 3/20, 2007.

За рахунок реалізації процесу конденсації води з відпрацьованих газів ГТУ реалізується замкнутий цикл циркуляції води і відпадає необхідність у наявності стороннього джерела води та системи її підготовки.Due to the implementation of the process of condensation of water from the waste gases of gas turbines, a closed cycle of water circulation is implemented and the need for an external source of water and a system for its preparation is eliminated.

До недоліків відомої установки можна віднести: 1) суттєве зниження ефективного та теплофікаційного ККД газотурбінної установки при роботі на режимах часткових навантажень; 2) помітна залежність ефективного ККД від температури навколишнього повітря; 3) низька ефективність роботи утилізаційного контуру: температура газоводяної суміші за котлом-утилізатором становить не менше 180 "С, в результаті чого для конденсації водяної пари з відпрацьованих газів необхідне потужне джерело для охолодження відпрацьованих газів нижче температури точки роси.The disadvantages of the known installation include: 1) a significant decrease in the effective and heating efficiency of the gas turbine installation when operating at partial load modes; 2) there is a noticeable dependence of the effective efficiency on the ambient air temperature; 3) low efficiency of the recovery circuit: the temperature of the gas-water mixture behind the recovery boiler is at least 180 °C, as a result of which a powerful source is needed for the condensation of water vapor from the waste gases to cool the waste gases below the dew point temperature.

В основу корисної моделі поставлена задача удосконалення газопаротурбінної установки, шляхом впорскування в потік повітря попередньо нагрітої в утилізаційному контурі води, щоThe basis of the useful model is the task of improving the gas turbine installation by injecting preheated water in the utilization circuit into the air stream, which

Зо дозволить одночасно з охолодженням циклового повітря вирішити проблему більш ефективної утилізації теплоти відпрацьованих газів та спростити організацію дрібнодисперсного розпилення за рахунок процесу "вибухового скипання" перегрітої води.This will simultaneously solve the problem of more efficient heat utilization of waste gases and simplify the organization of fine-dispersed spraying due to the process of "explosive boiling" of superheated water.

Поставлена задача вирішується тим, що газопаротурбінна установка, що містить газотурбінний двигун, який послідовно сполучений по відпрацьованих газах з котлом- утилізатором та конденсатором води, згідно з корисною моделлю, містить додатковий утилізаційний контур для підігріву та впорскування води в потік циклового повітря на вході та між ступенями компресора ГТУ.The task is solved by the fact that the gas turbine installation containing the gas turbine engine, which is connected in series by exhaust gases with the boiler-utilizer and the water condenser, according to the useful model, contains an additional utilization circuit for heating and injecting water into the flow of cyclic air at the entrance and between stages of the GTU compressor.

На кресленні зображена теплова схема газопаротурбінної установки з охолодженням циклового повітря перегрітою водою.The drawing shows the thermal scheme of a gas-steam turbine installation with cooling of circulating air with superheated water.

Вона включає компресор низького 1 та високого тиску 2, вихід якого сполучений з камерою згорання З газотурбінного двигуна, яка своїм виходом по відпрацьованим газам послідовно підключена до газової турбіни 4 з споживачем механічної (електричної) енергії 5, котла- утилізатора 6 та конденсатора води з відпрацьованих газів 7. При цьому, котел-утилізатор 6 складається з парогенератора А, теплообмінника Б та теплообмінника В системи теплопостачання. Парогенератор А своїм виходом з'єднаний з камерою згоряння 3, а входом підключений до барабана-сепаратора 8, який в свою чергу через теплообмінник Б, циркуляційний насос 9, деаератор 10, та живильний насос 11 сполучений з баком живильної води 12. До баку живильної води 12 також під'єднано контур охолодження контактного конденсатору води 7. Він складається з циркуляційного насосу 13, охолоджувача 14, фільтра 15 та форсунок розпилювача води 16.It includes a low-pressure compressor 1 and a high-pressure compressor 2, the output of which is connected to the combustion chamber C of the gas turbine engine, which is sequentially connected to the gas turbine 4 with the consumer of mechanical (electrical) energy 5, the boiler-utilizer 6 and the water condenser from the waste gases gases 7. At the same time, the recovery boiler 6 consists of steam generator A, heat exchanger B and heat exchanger B of the heat supply system. The steam generator A is connected to the combustion chamber 3 by its outlet, and is connected to the separator drum 8 by its inlet, which in turn is connected to the feed water tank 12 through the heat exchanger B, the circulation pump 9, the deaerator 10, and the feed pump 11. To the feed water tank of water 12, the cooling circuit of the contact condenser of water 7 is also connected. It consists of a circulation pump 13, a cooler 14, a filter 15 and water spray nozzles 16.

До теплообмінника Б підключена лінія подачі перегрітої води 17 для охолодження циклового повітря ГТУ, до якої входять регулятори витрати води 18 та 19, форсунки 20 подачі води між компресорами низького 1 та високого 2 тисків та форсунки 21 подачі води на вхід компресора низького тиску 1.The superheated water supply line 17 is connected to the heat exchanger B for cooling the cycle air of the gas turbine, which includes water flow regulators 18 and 19, water supply nozzles 20 between the low-pressure 1 and high-pressure 2 compressors, and water supply nozzle 21 to the inlet of the low-pressure compressor 1.

Теплообмінник В котла-утилізатора 6 підключений до системи теплопостачання стороннього споживача, яка складається з бака 22, циркуляційного насосу 23 та теплообмінника 24.The heat exchanger B of the boiler-utilizer 6 is connected to the heat supply system of a third-party consumer, which consists of a tank 22, a circulation pump 23 and a heat exchanger 24.

Газопаротурбінна установка працює наступним чином.The gas turbine plant works as follows.

Атмосферне повітря, що надходить і послідовно стискується в компресорах 1 та 2 зволожується та охолоджується в результаті подачі перегрітої води з теплообмінника Б на вхід бо компресорів через форсунки 21 та 20. Утворена газопарова суміш подається в камеру згорянняAtmospheric air that enters and is successively compressed in compressors 1 and 2 is moistened and cooled as a result of the supply of superheated water from heat exchanger B to the inlet of the compressors through nozzles 21 and 20. The resulting gas-vapor mixture is fed into the combustion chamber

З, куди крім палива також подається перегріта пара з пароперегрівача А. Отримана в процесі горіння парогазова суміш проходить через турбіну 4, яка приводить в дію споживач механічної (електричної) енергії 5, поступає на вхід котла-утилізатора 6 та проходить через конденсатор 7, в якому відбувається конденсація водяної пари з продуктів згоряння. Сконденсована вода надходить в бак 12 та розділяється на два потоки. Перший потік забирається живильним насосом 11 в деаератор 10, після якого циркуляційним насосом 9 подається в теплообмінник Б, барабан-сепаратор 8 та пароперегрівач А. Другий потік подається циркуляційним насосом 13 через охолоджувач 14 та фільтр 15 до форсунок 16 конденсатора 7.C, where, in addition to fuel, superheated steam from superheater A is also supplied. The steam-gas mixture obtained in the combustion process passes through the turbine 4, which activates the consumer of mechanical (electrical) energy 5, enters the inlet of the boiler-utilizer 6 and passes through the condenser 7, in which condenses water vapor from combustion products. Condensed water enters tank 12 and is divided into two streams. The first flow is taken by the feed pump 11 into the deaerator 10, after which the circulation pump 9 supplies it to the heat exchanger B, the separator drum 8 and the superheater A. The second flow is supplied by the circulation pump 13 through the cooler 14 and the filter 15 to the nozzles 16 of the condenser 7.

Циркуляційний насос 23 забезпечує подачу води з баку 22 системи теплопостачання до теплообмінника В, в якому відбувається нагрівання води, і далі до теплообмінника 24 споживача теплоти.The circulation pump 23 provides water supply from the tank 22 of the heat supply system to the heat exchanger B, in which the water is heated, and then to the heat exchanger 24 of the heat consumer.

Запропонована газопаротурбінна установка має наступні переваги: 1. В результаті подачі води на вхід компресорів відбувається охолодження циклового повітря ГТУ, що значно зменшує негативний вплив зростання температури навколишнього повітря на ефективний ККД енергоустановки. 2. Зниження температури повітря в компресорі значно зменшує споживання роботи, котра витрачається на його привод, в результаті чого зростає ефективність та ККД енергоустановки.The proposed gas-steam turbine installation has the following advantages: 1. As a result of supplying water to the inlet of the compressors, the cycle air of the gas turbine is cooled, which significantly reduces the negative impact of the increase in ambient air temperature on the effective efficiency of the power installation. 2. Lowering the temperature of the air in the compressor significantly reduces the consumption of work spent on its drive, as a result of which the efficiency and effectiveness of the power plant increases.

З. Змінюючи кількість води, що впорскується на вхід компресорів, можна плавно перебудовувати термодинамічний цикл газотурбінної установки, змінюючи при цьому її потужність та економічність. 4. Додаткова утилізація теплоти відпрацьованих газів за рахунок підготовки перегрітої води та відбору теплоти на теплопостачання дозволяє наблизити коефіцієнт використання теплоти палива енергоустановки до 100 95. 5. Більш глибока утилізація теплоти в котлі-утилізаторі знижує теплове навантаження на контур охолодження контактного конденсатора, що дозволяє зменшити масогабаритні показники цього контуру. 6. Застосування перегрітої води значно інтенсифікує процес диспергації рідини на виході з форсунки.Q. By changing the amount of water injected into the compressor inlet, it is possible to smoothly rebuild the thermodynamic cycle of the gas turbine plant, thereby changing its power and efficiency. 4. Additional utilization of the heat of waste gases due to the preparation of superheated water and selection of heat for heat supply makes it possible to approach the fuel heat utilization factor of the power plant to 100 95. 5. Deeper utilization of heat in the recovery boiler reduces the thermal load on the cooling circuit of the contact condenser, which allows to reduce weight and size indicators of this contour. 6. The use of superheated water significantly intensifies the liquid dispersion process at the nozzle exit.

Перелічені фактори підвищують ефективний коефіцієнт корисної дії і питому потужністьThe listed factors increase the effective efficiency and specific power

Зо енергетичної установки.From the power plant.

Claims

FORMULA OF THE USEFUL MODEL A gas-steam turbine installation containing a gas turbine engine that is a drive of a consumer of mechanical (electrical) energy, connected to a utilization circuit that includes a waste-waste boiler and a contact condenser of waste gas water, which differs in that it contains a superheated water injection system on input of low and high pressure gas turbine engine compressors and water heating heat exchanger.