Газотурбинная установка
Владельцы патента RU 2304725:
Жабо Владимир Владимирович (RU)
Зегер Карл Ефимович (RU)
Крейнин Ефим Вульфович (RU)
Изобретение относится к газотурбинным установкам. Газотурбинная установка содержит воздушный компрессор, снабженный охладителем воздуха, холодильник которого включен в циркуляционный контур хладагента, охлаждаемого абсорбционной холодильной машиной (АХМ), и соединенный с камерами сгорания ГТУ, соединенными с газовой турбиной, снабженной газоходом со встроенным в него тепловоспринимающим элементом АХМ, тепловоспринимающий элемент выполнен в виде теплообменника с промежуточным теплоносителем, нагреваемая часть которого размещена в газоходе в потоке отходящих газов в зоне, где температура не ниже 150°С при температуре кипения промежуточного теплоносителя не ниже 130°С, а охлаждаемая часть теплообменника размещена внутри кипятильника АХМ, при этом в качестве хладагента используют тосол, или рассолы, или фреоны. Изобретение позволяет повысить экономичность и мощность ГТУ. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.
Изобретение относится к области энергомашиностроения, и в частности к газотурбинным установкам (ГТУ).
Известна газотурбинная установка, повышение экономичности которой достигается путем утилизации тепла отходящих газов с помощью котла-утилизатора, установленного в газоходе после газовой турбины (см. патент RU №2123608, кл. F02С 6/18, 20.12.1998).
Основной недостаток ее состоит в том, что уровень ее экономичности зависит от отпуска тепла потребителю, который ограничен его потребностью особенно в теплое время года.
Известна ГТУ, в которой ее сочетание с парогенератором и паровой турбиной позволило повысить экономичность и мощность установки (см. патент RU №2101527, кл. F02С 6/18, 10.01.1998).
Ее недостаток заключается в невозможности поднять мощность и КПД ГТУ из-за снижения температуры воздуха перед турбокомпрессором.
Известна также ГТУ, в которой предусматривается добавление к воздуху, поступающему в турбокомпрессор ГТУ, предварительно сжатого в специальном автономном компрессоре и охлажденного в турбодетандере воздуха (см. патент RU №2145386, кл. F02С 7/143, 10.02.2000).
Это позволяет повысить мощность газовой турбины. Однако он не предусматривает утилизации тепла отходящих газов ГТУ.
Наиболее близким техническим решением к заявляемому является газотурбинная установка, содержащая воздушный компрессор, снабженный охладителем воздуха, холодильник которого включен в циркуляционный контур хладагента, охлаждаемого абсорбционной холодильной машиной (АХМ), и соединенный с камерами сгорания ГТУ, соединенными с газовой турбиной, снабженной газоходом, со встроенным в него тепловоспринимающим элементом АХМ (см. патент US №5655373, кл. F02С 7/143, 12.08.1997).
Недостатком известной ГТУ является то, что ее весьма трудно адаптировать к условиям энергосбережения потребителей электроэнергии по следующим причинам:
- снижение ее эксплуатационной готовности, являющейся основным преимуществом действующих ГТУ, из-за существенного замедления по сравнению с ними ее пуска, поскольку для ее вывода на штатный режим необходимо насыщение холодом всей массы циркулирующего хладагента;
- невозможность, в связи с этим, использования ГТУ для быстрого покрытия ею пиковых нагрузок, возникающих в системе. Указанное обстоятельство приводит к значительному перерасходу топлива на пуск ГТУ по сравнению с действующими ГТУ и к соответствующему удорожанию пуска ГТУ по сравнению с затратами на пуск действующих ГТУ;
- при работе ГТУ в автономном режиме в системе с переменным энергопотреблением возможная скорость изменения ее нагрузки будет недостаточна для ее стыковки с потребителем.
Техническим результатом, на достижение которого направлено изобретение, является повышение эксплуатационной готовности и адаптации установки к условиям энергоснабжения потребителей электроэнергии.
Технический результат достигается за счет того, что газотурбинная установка содержит воздушный компрессор, снабженный охладителем воздуха, холодильник которого включен в циркуляционный контур хладагента, охлаждаемого абсорбционной холодильной машиной, и соединенный с камерами сгорания, соединенными с газовой турбиной, снабженной газоходом со встроенным в него тепловоспринимающим элементом абсорбционной холодильной машины, при этом тепловоспринимающий элемент выполнен в виде теплообменника с промежуточным теплоносителем, нагреваемая часть которого размещена в газоходе в потоке отходящих газов в зоне, где температура не ниже 150°С при температуре кипения промежуточного теплоносителя не ниже 130°С, а охлаждаемая часть теплообменника размещена внутри кипятильника абсорбционной холодильной машины, в качестве хладагента которой используют тосол, рассолы или фреоны.
Технический результат достигается также тем, что охладитель воздуха выполнен многоступенчатым.
Технический результат достигается также тем, что охладитель воздуха выполнен многоступенчатым и между его ступенями встроен сепаратор твердых частиц и капель жидкости.
На фиг.1 представлена принципиальная технологическая схема ГТУ, оснащенной холодильной абсорбционной машиной.
На фиг.2 представлена принципиальная технологическая схема абсорбционной холодильной машины.
Фиг.3 представлена принципиальная технологическая схема ГТУ с многосекционным охлаждением воздуха.
Фиг.4 представлена принципиальная технологическая схема ГТУ с охлаждением воздуха и встроенным сепаратором твердых частиц и капель жидкости.
Газотурбинная установка (см. фиг.1) содержит воздушный компрессор 1, соединенный нагнетательной стороной с камерами сгорания 2, соединенными с газовой турбиной 3, снабженной газоходом 4 со встроенным в него тепловоспринимающим элементом 5, и снабженный с всасывающей стороны охладителем воздуха 10 с встроенным в него холодильником 9, при этом последний включен в циркуляционный контур хладагента, охлаждаемого абсорбционной холодильной машиной 7, в качестве хладагента которой используют тосол, или рассолы, или фреоны. Тепловоспринимающий элемент 5 выполнен в виде теплообменника с промежуточным теплоносителем, нагреваемая часть которого размещена в газоходе 4 в потоке отходящих газов в зоне, где температура не ниже 150°С при температуре кипения промежуточного теплоносителя не ниже 130°С, а охлаждаемая часть 6 теплообменника размещена внутри кипятильника 13 абсорбционной холодильной машины 7. Кроме того, ГТУ снабжена воздушным фильтром 11 и электрогенератором 12, а абсорбционная холодильная машина 7 (см. фиг.2) снабжена циркуляционным насосом 8 хладагента, конденсатором 14, регулирующим вентилем 15, абсорбером 16, насосом 17 для крепкого раствора, дроссельным вентилем 18 для слабого раствора и регенеративным теплообменником 19.
В частном случае (см. фиг.3), охладитель воздуха 10 может быть выполнен многоступенчатым, причем его ступени встроены в воздуховоды перед соответствующими ступенями сжатия компрессора 1.
В другом частном случае (см. фиг.4) охладитель воздуха 10 может быть выполнен многоступенчатым, при этом между ступенями охладителя воздуха 10 встроен сепаратор 20 твердых частиц и капель жидкости.
В ГТУ могут быть использованы абсорбционные холодильные машины 7 различных типов, в частности абсорбционные холодильные машины 7 с рабочим теплом на основе бромистого лития и хладагентом - водой, если достаточно охлаждение воздуха перед компрессором ГТУ не ниже +5°С. Эта абсорбционная холодильная машина 7 относительно дешевая, экологически чистая, компактна и может быть использована для обслуживания как вновь сооружаемых, так и действующих ГТУ.
В ГТУ согласно изобретению используют абсорбционную холодильную машину 7 с рабочим теплом на основе водно-аммиачных растворов и хладагентом - тосолом, или фреонами, или рассолами. Такая абсорбционная холодильная машина наиболее предпочтительна, поскольку позволяет достигнуть охлаждения воздуха перед компрессором ГТУ, в данном случае турбокомпрессором, до -25°С (для одноступенчатой абсорбционной холодильной машины) или до -50°С и ниже (для двухступенчатой абсорбционной холодильной машины).
Дополнительно на чертежах обозначены следующие потоки:
- I - воздух на входе в фильтр 11;
- II - газ отопительный перед камерами сгорания ГТУ;
- III - отходящие газы ГТУ, перед выходом в атмосферу;
- IV - хладагент (охлажденный);
- V - хладагент (подогретый).
ГТУ согласно изобретению (см фиг.3), работает следующим образом.
Воздух (поток I) проходит через фильтр 11 и освобождается от механических примесей, затем поступает в охладитель 10, где охлаждается холодильником 9, встроенным в циркуляционный контур хладагента (потоки IV-V), охлаждаемого абсорбционной холодильной машиной 7. Охлажденный воздух поступает в компрессор 1. Благодаря повышению удельной массы воздуха при его охлаждении увеличивается массовая производительность компрессора 1. В соответствии с этим, увеличивается масса воздуха, поступающая в камеры сгорания 2, что позволяет увеличить их теплопроизводительность.
Продукты сгорания поступают из камер сгорания 2 в газовую турбину 3.
Затем отходящие газы (поток III) отводятся через газоход 4, в который встроена нагреваемая часть тепловоспринимающего элемента 5, который по существу является частью утилизатора тепла отходящих газов ГТУ, выполненного в виде абсорбционной холодильной машины 7, в кипятильник 13 которой встроена охлаждаемая часть 6 тепловоспринимающего элемента 5. Таким образом, тепло отходящих газов (поток III) преобразуется в холод, который передается циркулирующему хладагенту (потоки IV и V), направляемому насосом 8 в холодильник 9 охладителя воздуха 10.
Аналогично осуществляется рабочий процесс ГТУ с использованием настоящего изобретения по схемам, изображенным на фиг.3 и фиг.4.
Таким образом, достигается технический результат, на достижение которого направлено изобретение, повышается экономичность и мощность ГТУ путем снижения температуры воздуха в компрессоре за счет использования тепла отходящих газов ГТУ в холодильной машине.
В результате использования установки в соответствии с настоящим изобретением достигаются следующие преимущества:
- не требует использования неэкономичного оборудования, такого, как турбодетандер;
- предусматривает утилизацию тепла отходящих газов ГТУ (ПТУ);
- позволяет охлаждать воздух, поступающий в турбокомпрессор, благодаря теплу отходящих газов ГТУ.
Настоящее изобретение может быть использовано в энергетической, газовой, нефтяной и других отраслях промышленности.
1. Газотурбинная установка, содержащая воздушный компрессор, снабженный охладителем воздуха, холодильник которого включен в циркуляционный контур хладагента, охлаждаемого абсорбционной холодильной машиной, и соединенный с камерами сгорания, соединенными с газовой турбиной, снабженной газоходом со встроенным в него тепловоспринимающим элементом абсорбционной холодильной машины, отличающаяся тем, что тепловоспринимающий элемент выполнен в виде теплообменника с промежуточным теплоносителем, нагреваемая часть которого размещена в газоходе в потоке отходящих газов в зоне, где температура не ниже 150°С при температуре кипения промежуточного теплоносителя не ниже 130°С, а охлаждаемая часть теплообменника размещена внутри кипятильника абсорбционной холодильной машины, при этом в качестве хладагента используют тосол, или рассолы, или фреоны.
2. Газотурбинная установка по п.1, отличающаяся тем, что охладитель воздуха выполнен многоступенчатым.
3. Газотурбинная установка по п.1, отличающаяся тем, что охладитель воздуха выполнен многоступенчатым и между его ступенями встроен сепаратор твердых частиц и капель жидкости.
