Способ утилизации теплоты выпускных газов газотурбинных установок


 


Владельцы патента RU 2418961:

Общество с ограниченной ответственностью "Научный Центр "Керамические Двигатели" им. А.М. Бойко" (ООО "Центр Бойко") (RU)

Способ утилизации теплоты выпускных газов газотурбинных установок заключается в отводе теплоты от выпускных газов газотурбинной установки и использовании ее для подогрева циклового воздуха в регенераторе и воды горячего водоснабжения - в подогревателе воды. При сезонном снижении потребности в горячем водоснабжении внутренний тракт подогревателя воды отключают от прямой и обратной магистралей сетевой воды, сливают находящуюся внутри труб воду, очищают и осушают "горячим" сжатым воздухом, поступающим от компрессора. Герметизируют внутренний тракт подогревателя воды и подключают его параллельно с воздушным трактом регенератора к магистралям подвода/отвода сжатого воздуха. Поверхность теплообмена подогревателя воды используют для подогрева циклового воздуха, смешивая его с воздухом, нагретым в регенераторе, и направляют полученную смесь в камеру сгорания газотурбинной установки. Изобретение направлено на повышение эффективности использования топлива в течение всего периода эксплуатации газотурбинной установки. 1 ил.

 

Предлагаемое изобретение относится к теплоэнергетике, в частности к теплообменному оборудованию, предназначенному для регенерации и утилизации теплоты выпускных газов газотурбинных установок (ГТУ).

Известен способ регенерации и утилизации теплоты выпускных газов ГТУ, заключающийся в последовательном отводе теплоты от газов к цикловому воздуху в регенераторе, а затем - к воде горячего водоснабжения в подогревателе воды (Газовая промышленность, Серия: "Использование газа в народном хозяйстве", Вып.3. "Разработка и внедрение теплоутилизационного оборудования для ГПА"; М:, 1988, 40 с.).

Недостатком известного способа утилизации теплоты является его сравнительно низкая экономичность при сезонном изменении температуры наружного воздуха и резком снижении потребности в "горячем" водоснабжении (Щуровский В.А. Новое поколение ГТУ для магистральных газопроводов. Газотурбинные технологии, июль-август, 1999, стр.11).

При отсутствии потребности в горячей воде газ с температурой 250…320°C не охлаждается в подогревателе воды (ПВ), а через дымовую трубу выбрасывается в атмосферу. Тем самым снижается эффективность использования топлива, растет гидравлическое сопротивление газового тракта, увеличиваются затраты энергии на собственные нужды ГТУ.

Количественное регулирование расхода газа, поступающего к утилизационному ПВ, заметно сокращает тепловые потери ГТУ, но и в этом случае сброс "излишков" теплоты байпасным газовым потоком в атмосферу сохраняется (а.с. СССР №945628, опубл. 23.07.82, БИ №27; а.с. СССР №1663309, опубл. 15.07.91, БИ №26; а.с. СССР №1124176, опубл. 15.11.84, БИ №42; а.с. СССР №1449831, опубл. 07.01.89, БИ №1; а.с. СССР №1629733, опубл. 23.02.91, БИ №7; а.с. СССР №1511575).

Цель предлагаемого изобретения - повышение эффективности использования топлива в течение всего периода эксплуатации ГТУ.

Указанная цель достигается тем, что при сезонном изменении температуры наружного воздуха и снижении потребности в "горячей" воде внутренний тракт ПВ отключают от прямой и обратной магистралей сетевой воды, воду сливают, внутреннюю поверхность труб каждой секции очищают и осушают горячим сжатым воздухом, поступающим от компрессора, герметизируют внутренний тракт ПВ и подключают его параллельно с воздушным трактом регенератора к магистралям подвода/отвода сжатого воздуха, используют поверхность теплообмена ПВ для подогрева циклового воздуха, который смешивают с цикловым воздухом, нагретым в регенераторе, и направляют полученную смесь в камеру сгорания ГТУ.

При отсоединении ПВ от системы горячего водоснабжения, удалении воды и подаче в него части циклового воздуха последний воспринимает теплоту от выпускных газов и нагревается, то есть теплообменная поверхность ПВ служит для повышения температуры циклового воздуха, подаваемого в камеру сгорания ГТУ. При этом уменьшаются затраты топлива в камере сгорания и увеличивается кпд установки в целом. Кроме того, параллельная раздача воздуха по внутренним трактам регенератора и ПВ способствует снижению гидравлического сопротивления воздушного тракта ГТУ, повышению степени расширения в турбине и росту ее мощности.

При длительной эксплуатации ГТУ ухудшаются характеристики ее узлов, в частности вследствие износа снижается степень повышения давления в компрессоре, что уменьшает кпд агрегата. Вместе с тем при уменьшении степени повышения давления снижается и температура сжатого воздуха, направляемого к теплообменникам, что вызывает рост среднеповерхностного температурного напора, повышение подогрева циклового воздуха и степени регенерации. Рост последней компенсирует некоторое уменьшение кпд из-за снижения степени повышения давления.

Дополнительным эффектом от использования предлагаемого способа является повышение надежности работы ПВ вследствие регулярной очистки его поверхности теплообмена от загрязнений, солеотложений при удалении воды и продувке сжатым воздухом, исключении стояночной коррозии, что способствует продлению ресурса эксплуатации теплообменника.

На чертеже представлена тепловая схема системы утилизации теплоты выпускных газов ГТУ.

Система утилизации состоит из регенератора (1), подогревателя воды (2), дымовой трубы (3), камеры сгорания (4), магистралей подвода/отвода: воды (5, 6), воздуха (7, 8) и газа (9, 10); соединительных трубопроводов (11; 12), оснащенных запорной и регулирующей арматурой (13, 14, 15); ПВ оборудован дренажным (16), воздушным (17) и запорными (18, 19) клапанами.

При работе в обычном (теплофикационном) режиме "горячий" газ от газовой турбины (23) по магистрали (9) проходит последовательно регенератор (1), ПВ (2), охлаждается и по газоходу (10) через дымовую трубу (3) сбрасывается в атмосферу (20), при этом запорные клапаны (13, 15) на соединительных трубопроводах (11, 12) закрыты, регенератор (1) и ПВ (2) работают автономно:

- в регенераторе (1) подогревается цикловой воздух, поступающий от компрессора (24) по магистрали (7) и трубопроводу (25), а отводимый по магистрали (8) и трубопроводу (21) в камеру сгорания (4);

- в ПВ нагревается сетевая вода, поступающая по магистрали подвода (5) через открытый клапан (18) и отводимая по магистрали (6) через открытый клапан (19) к потребителям; причем дренажный (16) и воздушный (17) клапаны, установленные на ПВ закрыты.

При сезонном снижении потребности в горячем водоснабжении внутренний тракт ПВ отключают от магистралей (5, 6) сетевой воды, закрывая клапаны (18, 19); воду сливают через дренажный клапан (16), внутреннюю поверхность труб каждой секции осушают и очищают горячим сжатым воздухом, поступающим от компрессора (24) по трубопроводам (7; 11; 22) при открытых запорном (13), регулирующем (14), воздушном (17) и дренажном (16) клапанах; затем герметизируют ПВ (2), закрывая клапаны (16, 17), и по трубопроводу (12) при открытом запорном клапане (15) направляют часть сжатого воздуха из магистрали (7) по трубопроводам (11; 22) в ПВ, параллельно основной части сжатого воздуха, поступающего в регенератор (1) по трубопроводу (25); в этих теплообменниках (1; 2) воздух нагревается за счет теплоты выпускных газов ГТУ и поступает в общую магистраль (21), где происходит смешение обоих потоков нагретого сжатого воздуха, а образовавшуюся смесь направляют в камеру сгорания (4) ГТУ.

Греющий газ от газовой турбины (как и в обычном режиме) по газоходу (9) направляется в регенератор (1), отдает теплоту сжатому воздуху, охлаждается и поступает в межтрубное пространство ПВ (2), где отдает теплоту воздуху, движущемуся внутри труб, охлаждается и через дымовую трубу (3) сбрасывается в атмосферу (20).

При таком исполнении системы утилизации теплоты нет необходимости в сбросе горячего газа мимо ПВ, полнее используется теплота выпускных газов, повышается коэффициент использования топлива.

Способ утилизации теплоты выпускных газов газотурбинных установок (ГТУ), заключающийся в отводе теплоты от выпускных газов ГТУ и применении ее для подогрева циклового воздуха в регенераторе и воды горячего водоснабжения - в подогревателе воды (ПВ), отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности использования топлива в течение всего периода эксплуатации ГТУ, при сезонном снижении потребности в горячем водоснабжении внутренний тракт ПВ отключают от прямой и обратной магистралей сетевой воды, сливают находящуюся внутри труб воду, очищают и осушают "горячим" сжатым воздухом, поступающим от компрессора, герметизируют внутренний тракт ПВ и подключают его параллельно с воздушным трактом регенератора к магистралям подвода/отвода сжатого воздуха, используют поверхность теплообмена ПВ для подогрева циклового воздуха, смешивая последний с воздухом, нагретым в регенераторе, и направляют полученную смесь в камеру сгорания ГТУ.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к энергетическим установкам и может быть использовано при создании наземных установок для получения электроэнергии и тепла с высокой эффективностью и при высоких экологических показателях, в том числе и при утилизации твердых бытовых и промышленных отходов (ТБО).

Изобретение относится к энергосберегающим технологиям в области теплоэнергетики, в частности к утилизации тепла газов. .

Изобретение относится к области теплоэнергетики. .

Изобретение относится к области энергомашиностроения, а именно к проблеме вредного экологического воздействия газотурбинных установок (ГТУ) на окружающую среду, в первую очередь, выбросов окислов азота.

Изобретение относится к энергетическим и транспортным установкам и касается газотурбинных установок. .

Изобретение относится к энергетическим и транспортным установкам и касается газотурбинных установок, использующих продукты сгорания топлива. .

Изобретение относится к области энергетического машиностроения и может быть использовано в качестве энергетической установки стационарного или транспортного назначения в качестве основного, резервного и аварийного источника электроэнергии и тепла

Малоразмерный газотурбинный двигатель с регенерацией тепла содержит компрессор с входным устройством, газовоздушный рекуперативный теплообменник, камеру сгорания, турбину привода компрессора и свободную турбину привода потребителя эффективной мощности, расположенные в едином корпусе с газосборником. Теплообменник установлен после турбин, соединен входом воздуха с выходом компрессора через воздушную полость, а выходами - с входами жаровых труб камеры сгорания и соединен входами газовых каналов с выходом свободной турбины, а выходами - с газосборником двигателя. Камера сгорания выполнена трубчато-кольцевой, а теплообменник - из модулей. Жаровые трубы камеры сгорания и модули теплообменника интегрированы в единый узел. При этом модули теплообменника и жаровые трубы камеры сгорания равномерно расположены по окружности. Жаровые трубы размещены между модулями теплообменника. Выходы воздуха модулей теплообменника гидравлически соединены с входами жаровых труб камеры сгорания через кольцевой воздушный коллектор. Выходы жаровых труб подключены к турбине привода компрессора через индивидуальные газоходы. Вал свободной турбины соединен с потребителем эффективной мощности через редуктор с выводным валом. Изобретение позволяет повысить экономичность, уменьшить габаритные размеры и массу двигателя. 3 ил.

Регенеративная газотурбодетандерная установка собственных нужд компрессорной станции содержит газопровод топливного газа высокого давления, связанный с магистральным газопроводом высокого давления, турбодетандер с регулируемым сопловым аппаратом, компрессор, камеру сгорания, газовую турбину, электрогенератор, газопровод топливного газа среднего давления, утилизационный подогреватель топливного газа высокого давления, редукционное устройство. Газопровод топливного газа высокого давления через утилизационный подогреватель топливного газа высокого давления связан с входом турбодетандера, выход которого через трубопровод топливного газа среднего давления связан с камерой сгорания. В газопровод топливного газа высокого давления подают весь топливный газ высокого давления для всех газоперекачивающих агрегатов компрессорной станции и газотурбодетандерной установки. Регенеративная газотурбодетандерная установка дополнительно снабжена регенеративным воздухоподогревателем, утилизационным подогревателем топливного газа среднего давления, газоводяным подогревателем топливного газа, утилизационными теплообменниками выхлопных газов газоперекачивающих агрегатов. Ротор турбодетандера связан общим валом с ротором компрессора газотурбодетандерной установки, а ротор газовой турбины связан общим валом с ротором электрогенератора. В выхлопном газоходе газовой турбины по ходу газов установлены регенеративный воздухоподогреватель, утилизационный подогреватель топливного газа высокого давления и утилизационный подогреватель топливного газа среднего давления. Газопровод топливного газа высокого давления через утилизационный подогреватель топливного газа высокого давления соединен с входом турбодетандера, выход которого через утилизационный подогреватель топливного газа среднего давления и газоводяной подогреватель топливного газа связан газопроводом топливного газа с камерами сгорания газотурбодетандерной установки и с камерами сгорания газоперекачивающих агрегатов. Утилизационные теплообменники выхлопных газов газоперекачивающих агрегатов соединены трубопроводами теплоносителя с газоводяным подогревателем топливного газа. Газопровод топливного газа высокого давления соединен через редукционное устройство с газопроводом топливного газа. Изобретение позволяет увеличить мощность и КПД газотурбодетандерной установки. 1 ил.

Компрессорная станция магистрального газопровода с газотурбодетандерной энергетической установкой снабжена газотурбинными газоперекачивающими агрегатами с нагнетателями природного газа и аппаратами воздушного охлаждения. Газотурбодетандерная энергетическая установка содержит газопровод топливного газа высокого давления, сепаратор, теплообменник-регенератор, турбодетандер с регулируемым сопловым аппаратом и устройством для его управления, газотурбинную установку. Газопровод топливного газа высокого давления соединен через сепаратор и теплообменник-регенератор с входом турбодетандера и обеспечивает топливоснабжение газотурбодетандерной энергетической установки и всех газоперекачивающих агрегатов компрессорной станции. Газотурбодетандерная энергетическая установка выполнена регенеративной и дополнительно снабжена эжекторной турбохолодильной машиной с низкотемпературным рабочим телом. Выход турбодетандера соединен через газопровод топливного газа среднего давления, газопровод топливного газа газотурбодетандерной установки с камерой сгорания этой установки, а также через газопроводы топливного газа с камерами сгорания газотурбинных газоперекачивающих агрегатов. Выхлопной газоход газовой турбины газотурбодетандерной энергетической установки связан с атмосферой через дополнительный регенеративный воздухоподогреватель и теплообменник-регенератор. Изобретение направлено на повышение мощности и экономичности газотурбодетандерной установки и газоперекачивающих агрегатов компрессорной станции. 2 ил.
Наверх