Комбинированный газотурбинный газоперекачивающий агрегат

Авторы патента:

F02C6/18 - использование отработанного тепла газотурбинных установок вне их, например газотурбинные теплофикационные установки (использование отработанного тепла в качестве источника энергии для холодильных установок F25B 27/02)

Владельцы патента RU 2460891:

Открытое акционерное общество Научно-производственное объединение "Искра" (RU)

Изобретение относится к газотранспортному оборудованию и может быть использовано при создании газотурбинных газоперекачивающих агрегатов. Комбинированный газотурбинный газоперекачивающий агрегат содержит магистральный компрессор, газотурбинный двигатель, состоящий из компрессорного блока, камеры сгорания и турбинного блока, систему рекуперации тепла газотурбинного двигателя и газосвязанную с ней внешнюю турбину. Система рекуперации тепла выхлопных газов образована расширенным участком выхлопного тракта двигателя и пропущенным через его полость участком напорного трубопровода магистрального компрессора. Участок напорного трубопровода магистрального компрессора имеет развитую теплообменную поверхность. Внешняя турбина является приводом компрессорного блока газотурбинного двигателя. Использование транспортируемого газа в качестве теплоносителя в рекуператоре и рабочего тела во внешней турбине позволяет существенно повысить энергоэффективность газоперекачивающего агрегата, снизить тепловое воздействие на окружающую среду, снизить затраты на оборудование и обслуживание систем промежуточного теплоносителя. 1 ил.

Предлагаемое изобретение относится к газотранспортному оборудованию и может быть использовано при создании газотурбинных газоперекачивающих агрегатов (ГГПА).

Известен комбинированный ГГПА, выполненный по схеме бинарного газопарового цикла с утилизацией теплоты выхлопных газов газотурбинной установки на компрессорных станциях магистральных газопроводов (Б.С.Ревзин. Газотурбинные газоперекачивающие агрегаты. - М.: Недра, 1986 г., стр.178, рис.79).

Современные комбинированные ГГПА, работающие по схеме бинарного газопарового цикла, представляют собой сочетание двух самостоятельных энергетических установок (ГГПА и паросиловая установка), связанных между собой только линией обработанных в турбинном блоке газотурбинного двигателя (ГТД) продуктов сгорания. При этом паросиловая установка имеет замкнутый контур, по которому движется специально подготовленный теплоноситель.

Газотурбинная часть комбинированного ГГПА включает в себя магистральный компрессор, приводимый в движение от приводного ГТД, состоящего из компрессорного блока, камеры сгорания и турбинного блока. Принцип работы ГТД заключается в следующем: компрессорный блок подает в камеру сгорания воздух. В камере сгорания происходит смешение воздуха с топливом и сгорание полученной топливовоздушной смеси. Далее продукты сгорания подаются в турбинный блок ГТД, преобразующий энергию продуктов сгорания в полезную работу, используемую для привода компрессорного блока и привода магистрального компрессора (полезную работу), при этом до 60% мощности турбинного блока расходуется на привод компрессорного блока. Далее обработанные турбинным блоком ГТД газы направляются в паротурбинную часть.

В паротурбинной части оставшаяся тепловая энергия продуктов сгорания ГТД утилизируется в паровом котле-утилизаторе, вырабатываемый пар направляется на вход в паровую турбину, где давление пара с помощью паровой турбины совершает полезную работу, вращая вал. Вырабатываемый в котле-утилизаторе пар является рабочим телом для паровой турбины. Далее отработанный пар поступает в конденсатор, где пар конденсируется, вода конденсаторными насосами подается в установку водоподготовки, из нее вода питательными насосами подается в паровой котел-утилизатор и так по кругу. Вал паровой турбины соединяют либо с компрессором для прокачивания транспортируемого газа, либо с генератором для выработки электроэнергии. При наличии автономной воздуходувки и линии подачи дополнительного топлива в котел-утилизатор разрыв линии отработанных газов переводит обе установки в независимый друг от друга режим работы с более низким общим термическим КПД.

Недостатками указанного выше комбинированного ГГПА, выполненного по схеме бинарного газопарового цикла, являются наличие двух валов отбора полезной мощности (один от ГТД, второй от паросиловой установки), обуславливающих необходимость наличия двух потребителей (два магистральных компрессора либо магистральный компрессор и генератор), высокие оптимальные степени сжатия воздуха в компрессорном блоке при очень больших массовых расходах воздуха через ГТД, необходимость большого количества систем по подготовке и обработке промежуточного теплоносителя (пара): конденсаторов, насосов, систем подготовки воды, что в конечном счете снижает экономические характеристики.

Технической задачей изобретения является устранение указанных недостатков и повышение экономической эффективности изготовления и эксплуатации комбинированных ГГПА.

Технический результат достигается тем, что в комбинированном ГГПА, содержащем магистральный компрессор, газотурбинный двигатель, состоящий из компрессорного блока, камеры сгорания и турбинного блока, систему рекуперации тепла газотурбинного двигателя и газосвязанную с ней внешнюю турбину, система рекуперации тепла выхлопных газов образована расширенным участком выхлопного тракта двигателя и пропущенным через его полость участком напорного трубопровода магистрального компрессора, при этом участок напорного трубопровода магистрального компрессора имеет развитую теплообменную поверхность, а внешняя турбина является приводом компрессорного блока газотурбинного двигателя.

Отличительные признаки являются существенными, поскольку использование транспортируемого газа в качестве теплоносителя в рекуператоре и рабочего тела во внешней турбине позволяет повысить энергоэффективность ГГПА и экономическую эффективность изготовления и эксплуатации ГГПА, а привод компрессорного блока ГТД от внешней турбины позволяет направить всю мощность турбинного блока ГТД на привод магистрального компрессора.

На фигуре представлена схема предлагаемого комбинированного ГГПА:

1 - подводящий магистральный газопровод;

2 - магистральный компрессор;

3 - внешняя турбина;

4 - рекуператор;

5 - отводящий магистральный газопровод;

6 - газотурбинный двигатель;

7 - компрессорный блок ГТД;

8 - камера сгорания ГТД;

9 - турбинный блок ГТД.

Комбинированный ГГПА работает следующим образом. Транспортируемый газ поступает на компрессорную станцию по подводящему магистральному газопроводу 1. На компрессорной станции транспортируемый газ компримируется магистральным компрессором 2. Часть транспортируемого газа, необходимая для совершения работы во внешней турбине 3, по напорному трубопроводу магистрального компрессора 2 поступает в рекуператор 4, другая часть транспортируемого газа отводится по отводящему магистральному газопроводу 5. Посредством развитой теплообменной поверхности рекуператора 4 тепловая энергия выхлопного газового потока газотурбинного двигателя 6 передается транспортируемому газу, идущему во внешнюю турбину 3, в которой он, совершая работу, охлаждается, теряет давление до параметров, необходимых для дальнейшей транспортировки, и отводится по отводящему магистральному газопроводу 5. Внешняя турбина приводит в движение компрессорный блок 7 газотурбинного двигателя 6, подающий воздух в камеру сгорания 8, в которой воздух смешивается с топливом, и полученная топливовоздушная смесь сгорает с выделением энергии. Далее газовый поток направляется в турбинный блок 9, преобразующий энергию газового потока в полезную работу по вращению магистрального компрессора 2.

Таким образом, использование транспортируемого газа в качестве теплоносителя в рекуператоре и рабочего тела во внешней турбине позволяет существенно повысить энергоэффективность ГГПА, снизить тепловое воздействие на окружающую среду, снизить затраты на оборудование и обслуживание систем промежуточного теплоносителя. Привод компрессорного блока газотурбинного двигателя от внешней турбины позволяет всю мощность турбинной части газотурбинного двигателя направить на совершение полезной работы.

Комбинированный газотурбинный газоперекачивающий агрегат, содержащий магистральный компрессор, газотурбинный двигатель, состоящий из компрессорного блока, камеры сгорания и турбинного блока, систему рекуперации тепла газотурбинного двигателя и газосвязанную с ней внешнюю турбину, отличающийся тем, что в нем система рекуперации тепла выхлопных газов образована расширенным участком выхлопного тракта двигателя и пропущенным через его полость участком напорного трубопровода магистрального компрессора, при этом участок напорного трубопровода магистрального компрессора имеет развитую теплообменную поверхность, а внешняя турбина является приводом компрессорного блока газотурбинного двигателя.

Турбоблок газоперекачивающего агрегата // 2429359

Изобретение относится к области машиностроения и предназначено для использования в газоперекачивающих агрегатах (ГПА), газотурбинных электростанциях и других энергетических системах, в которых используются газотурбинные установки (ГТУ) в качестве привода.

Устройство для утилизации отходящего тепла компрессоров // 2416729

Изобретение относится к области энергетики. .

Тепловая электростанция с уменьшенным содержанием co2 и способ выработки электроэнергии из угольного топлива // 2378519

Изобретение относится к электростанции с уменьшенным содержанием CO2 и способу выработки электроэнергии из угольного топлива. .

Комбинированная газотурбинная установка (варианты) // 2377428

Изобретение относится к теплоэнергетическому машиностроению и может быть использовано на магистральных газопроводах для транспортировки газа и производства электрической энергии на базе установок бинарного цикла с комбинированным применением газотурбинных и паротурбинных установок.

Способ утилизации тепла выхлопных газов газотурбинных приводов газоперекачивающих агрегатов компрессорной станции и устройство для его осуществления // 2377427

Изобретение относится к области газотурбинного и теплоэнергетического машиностроения и может быть использовано на компрессорных станциях магистральных газопроводов для транспортировки газа и производства электрической энергии на базе установок бинарного цикла с комбинированным применением газотурбинных и паротурбинных установок, газогазоперекачивающих и электрогазоперекачивающих агрегатов.

Парогазовая установка // 2372498

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано в энергетических парогазовых установках бинарного типа. .

Способ и устройство для передачи тепла от источника тепла к термодинамическому циклу с рабочей средой с по крайней мере двумя веществами с неизотермическим испарением и конденсацией // 2358129

Изобретение относится к энергетике. .

Газотурбинная установка // 2353785

Изобретение относится к газотурбинным установкам наземного применения для привода электрогенератора и для механического привода. .

Теплоэлектроцентраль, надстроенная газотурбинной установкой // 2349764

Изобретение относится к области энергетики и может быть применено при модернизации существующих теплоэлектроцентралей. .

Газоперекачивающая станция // 2467189

Изобретение относится к области энергетики и может быть использовано для газоперекачивающих станций, включающих в себя газоперекачивающие агрегаты магистральных газопроводов

Интеграция по теплу в процессе, включающем газификацию угля и реакцию метанирования // 2472843

Изобретение относится к процессу метанирования, в частности к рекуперации тепла в процессе, включающем реакцию метанирования и объединенном с процессом газификации угля

Тригенерационная установка на базе микротурбинного двигателя // 2487305

Изобретение относится к области теплоэнергетики и энергосбережения, предназначено для одновременной выработки электрической, тепловой энергий и низкотемпературного носителя

Устройство для запуска паровой турбины под номинальным давлением // 2506440

Изобретение относится к энергетике. Система генерации электроэнергии с комбинированным циклом, содержащая внешний байпасный контур управления запуском с регулирующим клапаном для паровой турбины, облегчающий работу энергетической установки при максимальном давлении. Также представлены устройство для регулирования потока пара в паровую турбину при быстром запуске установки с комбинированным циклом и способ запуска системы генерации электроэнергии с комбинированным циклом. Изобретение позволяет управлять дросселированием в тяжелых условиях эксплуатации в ходе запуска паровой турбины под высоким давлением. 3 н. и 7 з.п. ф-лы, 6 ил.

Дозвуковые и стационарныепрямоточные воздушно-реактивные двигатели // 2516075

Аппарат для взаимодействия с воздухом или газом, способный выполнять функцию компрессора или детандера, содержит корпус, вал для передачи крутящего момента, ротор. Вал для передачи крутящего момента проходит через корпус с возможностью вращения вокруг оси и функционально соединен с ротором. Ротор позволяет поддерживать его устойчивое вращение при окружной скорости обода, составляющей приблизительно от 2000 до 5400 футов в секунду. Кольцевая область вокруг ротора и внутри корпуса образует проход для потока. Корпус также включает выпускное отверстие для потока, образующее проход для вытекания высокоэнергетического газа или воздуха наружу из кольцевой области или его втекания в кольцевую область. Вал содержит материал с высокой удельной прочностью на сжатие или растяжение и имеет проходы для потока, обеспечивающие прохождение потока воздуха или газа к ротору или от ротора. Некоторые части вала обмотаны намотками из волоконного жгута из материала с высокой удельной прочностью на растяжение, натягиваемыми примерно до половины их предела прочности на разрыв. Ротор окружает часть вала внутри корпуса и имеет проходы для потока газа или воздуха, пропускающие поток в радиальных направлениях и задерживающие поток от ротора в осевом направлении. Ротор содержит материал с высокой удельной прочностью на растяжение и компрессионный материал, сжатый намотками из волоконного жгута с высокой удельной прочностью на растяжение, натягиваемыми примерно до половины их предела прочности на разрыв. Материал с высокой удельной прочностью на сжатие функционально соединен с валом сжатием или, по меньшей мере, одной намоткой из волоконного жгута. Аппарат, способный выполнять функции компрессора, в функции компрессора содержит кольцевую область вокруг ротора и внутри корпуса, выполненную с возможностью формирования в процессе работы прохода для воздуха или газа от ротора к выпускному отверстию для потока в корпусе, внутри которого воздух или газ проходит по спирали в радиальном направлении от ротора наружу через кольцевую область и с уменьшением скорости. При этом кольцевая область обеспечивает в процессе работы выход потока воздуха или газа в радиальном направлении от ротора наружу. Реактивный и механический двигатели содержат описанный выше аппарат в качестве компрессора. Изобретение направлено на уменьшение расхода топлива, повышение кпд, снижение выбросов CO2 и снижение стоимости двигателя. 3 н. и 13 з.п. ф-лы, 11 ил., 8 табл.

Парогазовая установка // 2528190

Изобретение относится к энергетике. Парогазовая установка содержит газотурбинную установку, котел-утилизатор, паротурбинную установку, сбросный газоход, дымовую трубу, соединительные трубопроводы, внешний газоход, подключенные к внешнему газоходу горелочное устройство и пароперегреватель. Котел-утилизатор и пароперегреватель содержат модули поверхностей нагрева пароводяного контура паротурбинной установки. Внешний газоход выполнен в виде рециркуляционного контура, оборудованного вентилятором. Вход внешнего газохода подсоединен к котлу-утилизатору в зоне размещения модулей поверхностей нагрева, а выход выведен перед зоной размещения модулей поверхностей нагрева котла-утилизатора. Изобретение позволяет повысить эффективность использования теплоты газообразных продуктов сгорания и КПД установки. 10 з.п. ф-лы, 1 ил.

Когенерационная газотурбинная энергетическая установка // 2528214

Когенерационная газотурбинная энергетическая установка содержит компрессоры низкого и высокого давления, камеру сгорания, газовую турбину высокого давления и газовую турбину низкого давления, имеющие между собой газовую связь, теплофикационное устройство и основной электрический генератор, подсоединенный к газовой турбине высокого давления и используемый в качестве полезной нагрузки. Выход компрессора низкого давления присоединен к входу компрессора высокого давления. Теплофикационное устройство установлено между газовыми турбинами, снабжено внутренним горячим каналом, в котором размещен движущийся теплоноситель, представляющий собой частично отработавшие в газовой турбине высокого давления продукты сгорания, а также холодным каналом с помещенным внутри него другим движущимся теплоносителем, отводящим получаемую в результате теплообмена между горячим и холодным каналами внутри теплофикационного устройства тепловую энергию для ее использования вне газотурбинной энергетической установки. В когенерационной газотурбинной энергетической установке дополнительно установлено теплообменное устройство, содержащее взаимодействующие между собой посредством теплообмена горячий и холодный каналы. Вход горячего канала теплообменного устройства подсоединен к выходу из газовой турбины высокого давления, а выход горячего канала теплообменного устройства присоединен к входу горячего канала теплофикационного устройства. В качестве движущегося теплоносителя горячего канала теплообменного устройства использованы частично отработавшие продукты сгорания, поступающие из газовой турбины высокого давления. Вход холодного канала теплообменного устройства подсоединен к выходу из компрессора высокого давления, а выход холодного канала теплообменного устройства присоединен к входу камеры сгорания. В качестве движущегося теплоносителя холодного канала теплообменного устройства использована содержащая окислитель газообразная смесь, поступающая из компрессора высокого давления. Теплофикационное устройство выполнено с регулируемым теплосъемом. К газовой турбине низкого давления подсоединен дополнительный электрический генератор, используемый в качестве полезной нагрузки. Изобретение направлено на обеспечение регулирования режима когенерации, то есть количества вырабатываемой тепловой и электрической энергии, и на повышение коэффициента полезного действия. 5 з.п. ф-лы, 3 ил.

Способ удаления увлеченного газа в системе генерирования мощности с комбинированным циклом // 2539943

Система генерирования мощности с комбинированным циклом содержит паротурбинную систему, газотурбинную систему, включающую в себя компрессор, камеру сгорания и газовую турбину; парогенератор с регенерацией тепла, проточную линию. Парогенератор с регенерацией тепла подсоединен между газотурбинной системой и паротурбинной системой для генерирования пара с тепловой энергией, принимаемой из газотурбинной системы. Парогенератор с регенерацией тепла включает в себя первую ступень, выполненную с возможностью выдачи пара высокого давления, вторую ступень, выполненную с возможностью выдачи пара промежуточного давления, и третью ступень, выполненную с возможностью выдачи пара низкого давления. Проточная линия выполнена с возможностью пропускания насыщенного пара, образованного в парогенераторе с регенерацией тепла, в камеру сгорания газотурбинной системы, Проточная линия содержит конденсатор и перегреватель. Конденсатор подсоединен между парогенератором с регенерацией тепла и перегревателем, а перегреватель подсоединен между конденсатором и камерой сгорания. Конденсатор расположен в системе генерирования мощности с комбинированным циклом с негоризонтальной ориентацией для того, чтобы осуществить перемещение вверх насыщенного пара из парогенератора с регенерацией тепла в камеру сгорания и гравитационное перемещение вниз образовавшегося в конденсаторе конденсата в парогенератор с регенерацией тепла с уменьшением количества пара, переносимого в камеру сгорания, при переносе диоксида углерода из проточной линии в камеру сгорания. Изобретение направлено на уменьшение вредных воздействий компонентов, появляющихся в процессах генерирования мощности. 7 з.п. ф-лы, 1 ил.

Устройство и способ экономного производства электроэнергии и тепла // 2542169

Устройство экономного производства электроэнергии и тепла состоит из котельной, воздушно-турбинного двигателя, радиаторов. Выход из заборника атмосферного воздуха (3) связан с входом в воздушно-газовый радиатор (4), выход из которого связан с входом в воздушный компрессор воздушно-турбинного двигателя (5), выход из которого связан с входом в воздушно-газовый радиатор (6), выход из которого связан с входом в воздушную турбину воздушно-турбинного двигателя (7), выход из которой связан с входом в поддувало котельной (1). Выход из поддувала связан с входом в топку котельной (9), выход газов из которой связан с воздушно-газовым радиатором (6), выход газов из которого связан с водогазовым радиатором (11), выход газов из которого связан с воздушно-газовым радиатором (4), выход газов из которого связан с воздушной атмосферой. Выход из водяного насоса (10) связан с входом в водогазовый радиатор (11), выход из которого связан с потребителями горячей воды (12), выход от которых связан с входом в водяной насос (10). Воздушный компрессор воздушно-турбинного двигателя (7), воздушная турбина воздушно-турбинного двигателя (5), водяной насос (10), генератор электрического тока (13) - все установлены на одном валу. Достигается упрощение конструкции, удешевляется изготовление и эксплуатация, устройство может работать безлюдно в автоматическом режиме. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

Теплофикационная газотурбинная установка // 2549743

Изобретение относится к энергетике. Теплофикационная газотурбинная установка, содержащая компрессор, соединенный последовательно с камерой сгорания, газовой турбиной и электрогенератором, к выхлопу газовой турбины подключен паровой котел-утилизатор, соединенный по пару с тепловым потребителем, причем она дополнительно содержит паровую турбину с конденсатором, соединенную через эластичную гидромуфту с валом компрессора, при этом выход котла-утилизатора соединен с входом паровой турбины паропроводом, на входе в котел-утилизатор установлена камера дожигания. Изобретение позволяет повысить эффективность ТЭЦ при комбинированном производстве электрической и тепловой энергии. 1 ил.