Способ работы энергоустановки в резервном режиме (варианты) и энергоустановка



Способ работы энергоустановки в резервном режиме (варианты) и энергоустановка
Способ работы энергоустановки в резервном режиме (варианты) и энергоустановка

 


Владельцы патента RU 2562686:

АЛЬСТОМ ТЕКНОЛОДЖИ ЛТД (CH)

Изобретение относится к энергетике. Способ работы энергоустановки с одновальной газовой турбиной, работающей с постоянной скоростью вращения, которая ниже скорости, с которой газовая турбина вращается, когда первый генератор синхронизирован с электрической сетью. Также представлена энергоустановка, содержащая одновальную газовую турбину, сконструированная и выполненная с возможностью осуществления указанного способа. Изобретение позволяет обеспечить стабильное сгорание с низкими выбросами, высокой температурой на выпуске турбины и минимизированным потреблением топлива. 3 н. и 10 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Настоящее изобретение относится к способу работы газотурбинной энергоустановки и к газотурбинной установке, выполненной с возможностью осуществления указанного способа.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Современная газотурбинная установка с базовой нагрузкой или с высокой нагрузкой обычно работает с пламенем обедненного предварительного смешивания, чтобы отвечать требованиям по выбросам. Для обеспечения стабильного сгорания для всех рабочих условий были разработаны сложные способы работы, как, например, известно из ЕР 0718470.

Газотурбинные установки и объединенные циклы газотурбинной установки считаются очень гибкими. Они могут нагружаться с высокой скоростью вращения после быстрого запуска. В зависимости от конструкции и способа работы возможно нагружение с базовой нагрузкой менее чем за 10 мин. Указанные характеристики требуются для уравновешивания требований быстрого изменения нагрузки от потребителей, а также изменения питания от других источников энергии, подобных, например, энергии ветра, так что генерирование энергии равняется энергопотреблению все время.

Для работы с низкими выбросами камера сгорания газотурбинной установки должна работать в режиме предварительного смешивания. Единственная камера сгорания газотурбинной установки для производства энергии обычно может работать в рабочем режиме предварительного смешивания с низкими выбросами для точек нагрузки выше примерно 40% относительной нагрузки (выходная мощность относительно выходной мощности при базовой нагрузке газотурбинной установки). Газотурбинные установки с последовательным сгоранием могут работать в рабочем режиме предварительного смешивания с низкими выбросами для точек нагрузки, сниженной до порядка 10% относительно нагрузки газотурбинной установки. Для устойчивой работы ниже вышеуказанных точек относительной нагрузки камера сгорания может работать с диффузионным пламенем. Однако диффузионное пламя может привести к высоким выбросам, и работа в указанных условиях может быть ограничена местными органами администрации.

Работа газотурбинной установки или газотурбинной установки объединенного цикла при самой низкой возможной нагрузке при низкой потребности в электричестве в сочетании с низкой стоимостью электричества имеет преимущество в том, что быстрое нагружение может быть выполнено в любое время с высокими градиентами нагружения (50 МВт/мин или более). В указанных условиях компоненты газотурбинной установки и паровой турбины поддерживаются на уровне температуры материалов, что обеспечивает быстрое нагружение со значительно сниженным временем потребления по сравнению с запуском с зажиганием предварительно незажженной газотурбинной установки и холодной паровой турбины. Это особенно справедливо для работы объединенного цикла, при которой компоненты парового цикла страдают от термомеханических напряжений, если на них воздействуют температуры полной нагрузки с градиентами быстрого нагружения. Кроме того, исключается риск неудачного запуска газотурбинной установки, что является существенным выигрышем.

Однако, работа при низкой нагрузке может привести к значительным затратам на потребляемое топливо. При 40% относительной нагрузке потребление топлива может составлять между примерно 50% и 70% потребления топлива при базовой нагрузке по причине неполной эффективности нагрузки, которая значительно ниже эффективности базовой нагрузки. Указанные затраты на топливо могут быть снижены дополнительным снижением нагрузки. Кроме того, при низкой потребности электрическая сеть может быть не способна принимать энергию, произведенную энергоустановкой.

Одной предпосылкой выполнения работы при низкой нагрузке (работа при относительной нагрузке ниже 40%) является стабильность горения. Однако, обедненное горение предварительного смешивания, которое является предпочтительной технологией снижения выбросов сухих NOx, обычно имеет относительно узкий диапазон воспламеняемости. Пределы воспламеняемости пламени обедненного предварительного смешивания являются, например, намного уже, чем у диффузионного пламени; обычно они являются примерно на один порядок меньше. Пределы воспламеняемости описывают стабильность пламени.

Для управления образованием оксидов азота (NOx) и поддержания пламени в стабильном диапазоне, был предложен обвод части сжатого воздуха из секции компрессора вокруг камер сгорания, особенно, в процессе работы с неполной нагрузкой.

Такой обвод известен, например, из US 5557920. Однако, воздух, поступающий в турбину, имеет низкую температуру по причине смешивания обводного воздуха, и, следовательно, выхлопной газ турбины имеет низкую температуру по сравнению с условиями базовой нагрузки или высокой нагрузки. Поэтому водяной пар, получаемый в последующем бойлере или паровом генераторе извлечения тепла, является более холодным, чем при базовой нагрузке, что может привести к высоким термическим напряжениям в паровой турбине, питаемой бойлером, или к ограничениям, например, сниженным градиентам нагружения или холодным точкам, когда нагружение установки от сети требует выходной мощности.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В одном из аспектов настоящего изобретения предложен способ работы газотурбинной установки при низкой нагрузке или без нагрузки с чистым стабильным сгоранием. Газотурбинная установка содержит одновальную газотурбинную установку с компрессором, который создает давление впускного воздуха, который смешивается с топливом и воспламеняется для производства горючих газов в камере сгорания, турбину, которая извлекает энергию горячих газов, выходящих из камеры сгорания, один вал, соединяющий компрессор и турбину, и первый генератор, который механически соединен с валом газотурбинной установки с фиксированным передаточным отношением. Газотурбинная установка выполнена с возможностью работы со скоростью вращения, при которой газотурбинная установка вращается, когда первый генератор синхронизирован с электрической сетью. Осуществляют работу газотурбинной установки с указанной расчетной скоростью вращения по меньшей мере при высокой неполной нагрузке и базовой нагрузке.

Предложен способ работы указанной энергоустановки с одновальной газотурбинной установкой в резервном режиме. Согласно предложенному способу, осуществляют работу газотурбинной установки с постоянной скоростью вращения, которая ниже скорости вращения, при которой газотурбинная установка вращается, когда первый генератор синхронизирован с электрической сетью.

При работе с пониженной скоростью вращения, т.е. скоростью вращения ниже скорости вращения, при которой газотурбинная установка вращается, когда первый генератор синхронизирован, массовый расход компрессора на впуске может быть снижен относительно массового расхода компрессора на впуске при синхронизации скорости вращения. Благодаря сниженному массовому расходу компрессора на впуске топливовоздушное отношение в компрессоре может быть увеличено, таким образом, обеспечивая стабильное сгорание с низкими выбросами и низким потреблением топлива. Кроме того, давление горения является сниженным благодаря сниженному массовому расходу воздуха на впуске. Работа газотурбинной установки в резервном режиме с очень низким давлением горения ведет к снижению выбросов NOx.

Предложенный способ обеспечивает хорошее стабильное сгорание с низкими выбросами и высокую температуру на выпуске турбины. Благодаря сниженному массовому расходу энергопотребление компрессора снижается. Поэтому турбина не требует получения так много энергии для приведения в действие компрессора, как для приведения в действие компрессора при синхронизации скорости вращения. Поэтому сниженный массовый расход обеспечивает работу с низким потреблением топлива. Высокая температура на выпуске может увеличить эффективность последующего парового цикла и поэтому способствовать дальнейшей минимизации потребления топлива.

Согласно одному примерному варианту способа осуществляют работу газотурбинной установки со скоростью вращения между 20% и 85% от скорости вращения, когда первый генератор синхронизирован с электрической сетью.

Согласно дополнительному примерному варианту способа скоростью вращения газотурбинной установки управляют приложением крутящего момента на вал газотурбинной установки первым генератором, который работает как двигатель посредством статического частотного преобразователя.

В одном варианте способа осуществляют работу первого генератора для подачи энергии в электрическую сеть посредством статического частотного преобразователя. Поскольку генератор вращается со скоростью вращения, которая ниже обычной рабочей скорости вращения, он дает переменный ток с частотой, которая ниже частоты сети. Для того чтобы подать энергию в сеть, частота преобразуется в частоту сети статическим частотным преобразователем.

В одном примерном варианте способа осуществляют работу первого генератора для приложения положительного крутящего момента к валу для привода газотурбинной установки. Поскольку генератор вращается со скоростью вращения, которая ниже обычной рабочей скорости вращения, частота сети выше, чем частота, необходимая для работы генератора в качестве двигателя, когда генератор вращается с частотой, которая ниже частоты сети. Для осуществления работы генератора в качестве двигателя, переменный ток с частотой сети преобразуется в частоту генератора статическим частотным преобразователем. Переменный ток с частотой сети может быть, например, обеспечен сетью или паровой турбиной энергоустановки.

Согласно еще другому варианту способа, который может быть использован для так называемого одновального энергопоезда с газотурбинной установкой и паровой турбиной, расположенными на одном валу, энергию паровой турбины используют для обеспечения положительного крутящего момента для привода газотурбинной установки.

Для данного способа водяной пар, полученный бойлером извлечения тепла, который расположен ниже по потоку от газотурбинной установки для эффективного использования сбросового тепла выхлопного газа газотурбинной установки, превышает водяной пар, требуемый для поддержания работы паровой турбины на холостом ходу с пониженной скоростью вращения. Альтернативно, водяной пар, подаваемый от второй установки или другого внешнего источника, может использоваться или добавляться для привода паровой турбины.

Согласно дополнительным примерным вариантам способа скорость вращения газотурбинной установки регулируют регулированием регулируемых направляющих лопаток, регулированием температуры впускного воздуха компрессора или регулированием положения продувочного клапана. Каждый из указанных способов регулирования может применяться отдельно или в комбинации одного или более друг с другом.

Согласно еще другому примерному варианту способа температуру впускного воздуха компрессора увеличивают относительно температуры окружающего воздуха для управления скоростью вращения газотурбинной установки.

Температура впускного воздуха компрессора может быть увеличена, например, примешиванием отбираемого воздуха компрессора и впускного воздуха компрессора или его нагреванием в предварительном нагревателе воздуха, или осуществлением рециркуляции топочного газа газотурбинной установки во впускной воздух компрессора. Каждый из указанных способов регулирования температуры может применяться отдельно или в комбинации одного или более друг с другом.

Согласно другому примерному варианту способа выбросами газотурбинной установки управляют по меньшей мере одним из: регулирования регулируемых направляющих лопаток, регулирования продувочного клапана, регулирования скорости вращения газотурбинной установки, регулированием температуры впускного воздуха компрессора или модулированием пространственного распределения температуры пламени регулированием ступенчатого соотношения для ступенчатых горелок или подачи топлива к отдельным горелкам. Каждый из указанных способов, используемых отдельно или в комбинации, имеет прямое влияние на пламя. В частности, указанными способами могут регулироваться температура на впуске камеры сгорания и поэтому положение пламени, расположение пламени и максимальная температура пламени.

Для работы энергоустановки объединенного цикла важно управлять температурой газотурбинной установки на выпуске. Температура газотурбинной установки на выпуске прямо влияет на выпускной трубопровод и генератор извлечения тепла водяного пара ниже по потоку от газотурбинной установки. Кроме того, температура водяного пара, произведенного генератором извлечения тепла водяного пара, зависит от температуры на выпуске. Температура водяного пара должна поддерживаться в рабочем диапазоне, чтобы исключить или ограничить термические напряжения в паровой турбине благодаря изменениям температуры водяного пара.

Согласно одному примерному варианту способа температурой на выпуске газотурбинной установки управляют при заданном значении. Температурой на выпуске управляют по меньшей мере одним из: регулирования регулируемых направляющих лопаток, регулирования температуры впускного воздуха компрессора, регулирования продувочного клапана, регулирования скорости вращения газотурбинной установки или регулирования температуры впускного воздуха компрессора.

Кроме способа работы энергоустановки в резервном варианте, предметом изобретения является способ работы, в котором газотурбинную установку ускоряют из резервного режима до синхронизованной скорости вращения, холостого хода, нагружения и работы под нагрузкой, а также снижения нагрузки, холостой работы и замедления до резервного режима.

Согласно примерному варианту способа осуществляют работу камеры сгорания газотурбинной установки в режиме предварительного смешивания для работы газотурбинной установки в резервном режиме со скоростью вращения, которая ниже скорости вращения, с которой газотурбинная установка вращается, когда первый генератор синхронизирован с электрической сетью, и осуществляют работу камеры сгорания с диффузионным пламенем или в режиме предварительного смешивания с диффузионным пламенем для стабилизации в процессе раскрутки до холостого хода с синхронизированной скоростью вращения, при холостом ходе с синхронизированной скоростью вращения и при низкой неполной нагрузке. Согласно данному варианту осуществляют работу камеры сгорания в режиме предварительного смешивания для работы с основной нагрузкой и с высокой неполной нагрузкой. В зависимости от конструкции и рабочих условий часть ускорения до синхронизированной скорости вращения может быть выполнена в режиме предварительного смешивания. Способ работы при холостом ходу с синхронизированной скоростью вращения и нагружении, а также работа под нагрузкой может осуществляться согласно концепции обычной работы газотурбинной установки.

Снижение нагрузки может быть осуществлено в обратном порядке. Осуществляют работу камеры сгорания с диффузионным пламенем или в режиме предварительного смешивания с диффузионным пламенем для стабилизации в процессе остановки от холостого хода с синхронизированной скоростью вращения. В процессе остановки или при достижении работы газотурбинной установки в резервном режиме со скоростью вращения, которая ниже скорости вращения, с которой газотурбинная установка вращается, когда первый генератор синхронизирован с электрической сетью, осуществляют работу камеры сгорания газотурбинной установки в режиме предварительного смешивания для низких выбросов.

Кроме способа работы, предметом изобретения является газотурбинная установка, выполненная с возможностью осуществления указанного способа.

Согласно одному примерному варианту указанная энергоустановка содержит одновальную газотурбинную установку с компрессором, камеру сгорания, турбину, один вал, соединяющий компрессор и турбину и первый генератор, который механически соединен с валом газотурбинной установки с фиксированным передаточным отношением. Такая установка характеризуется тем, что газотурбинная установка выполнена с возможностью непрерывной работы со скоростью вращения, которая по меньшей мере на 10% ниже расчетной скорости вращения газотурбинной установки. Она может быть выполнена с возможностью, например, работы в диапазоне между 20% и 85% скорости вращения. Расчетной скоростью вращения является скорость, с которой газотурбинная установка вращается, когда генератор синхронизирован с электрической сетью.

Согласно другому варианту вал, лопасти и лопатки компрессора и турбины выполнены освобожденными для рабочего диапазона от собственных частот первого порядка, при скорости вращения, которая по меньшей мере на 10% ниже расчетной скорости вращения газа. Рабочий диапазон может быть, например, в диапазоне скорости вращения между 20% и 85% скорости вращения. Частотный диапазон рабочего диапазона может быть намного меньше указанного диапазона. Например, он составляет только ±1% скорости вращения. Указанная конструкция обеспечивает непрерывную работу при сниженной скорости вращения. Предпочтительно, диапазон является большим, например, ±5-10% или более.

Для улучшения оперативной гибкости в процессе работы в резервном режиме вал, также лопасти и лопатки компрессора и турбины выполнены освобожденными по меньшей мере от собственных частот первого и второго порядка для рабочего диапазона по меньшей мере ±2% скорости вращения вблизи рабочей точки со скоростью вращения, которая по меньшей мере на 10% ниже расчетной скорости вращения газотурбинной установки согласно еще другому примерному варианту.

Рассмотренный способ, а также рассмотренная газотурбинная установка обеспечивают работу газотурбинной установки со стабильным пламенем с низкими выбросами в компрессоре при сниженной скорости вращения относительно синхронизированной скорости вращения. Поэтому потребление топлива может быть снижено относительно холостого хода или работы с низкой нагрузкой при синхронизированной скорости вращения при еще сохранении низких выбросов. Как следствие, в данном варианте работа возможна и экономична в течение увеличенного периода времени.

Кроме того, сниженное потребление топлива может быть реализовано, еще с сохранением низких выбросов и достижением температур на выпуске турбины, которые являются подходящими для поддержания объединенного цикла при рабочих температурах, которые обеспечивают быстрое нагружение энергоустановки объединенного цикла, содержащей паровую турбину.

Кроме того, сниженное потребление топлива может быть реализовано, еще с сохранением низких выбросов и достижением температур на выпуске турбины и массового расхода на выпуске, которые являются подходящими для прогона объединенного цикла при минимальной нагрузке, требуемой для обеспечения собственного потребления и любой собственной нагрузки, требуемой для конкретного участка.

Вышеописанная газотурбинная установка может быть газотурбинной установкой одноступенчатого сгорания или газотурбинной установкой последовательного сгорания, что известно, например, из ЕР 0620363 В1 или ЕР 0718470 А2. Рассмотренный способ может быть применим к газотурбинной установке одноступенчатого сгорания или газотурбинной установке последовательного сгорания.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Настоящее изобретение, его природа, а также его преимущества будут описаны более подробно ниже посредством прилагающихся чертежей. Что касается чертежей, то:

на фиг. 1 показан пример газотурбинной установки согласно настоящему изобретению,

на фиг. 2 показан пример воздействия давления на выбросы NOx в газотурбинной установке.

ОПИСАНИЕ НАИБОЛЕЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Одинаковые или функционально идентичные элементы имеют одинаковые обозначения ниже. Указанные значения и размерные показатели являются только примерными значениями и не представляют никакого ограничения изобретения такими размерами.

Пример энергоустановки для осуществления предложенного способа содержит традиционную энергоустановку объединенного цикла (ЭУОЦ, combined cycle power plant - CCPP).

Типичное устройство показано на фиг. 1. К газотурбинной установке 6 подают впускной газ 3 компрессора и топливо 5. Впускной газ 3 компрессора сжимается вращающимися лопастями 39 и лопатками 38 в компрессоре 1. Сжатый газ используется для сжигания топлива 5 в камере сгорания 4, и сжатые горячие газы расширяются в турбине 7. В процессе расширения в турбине 7 сжатый горячий горючий газ направляется турбинными лопатками 40 и вынуждает турбинные лопасти 41 подавать механическую энергию. Компрессор и турбина расположены на одном валу 31. Генератор 25 также механически соединен с валом 31. Между газотурбинной установкой 6 и генератором 25 может быть расположено зубчатое зацепление (не показано).

В данном примере горячий выхлопной газ 8 газотурбинной установки (также называемый топочным газом) проходит через паровой генератор 9 извлечения тепла (ГИТП, heat recovery steam generator - HRSG), который генерирует свежий пар 30 для паровой турбины 13. Паровая турбина 13 либо расположена в одновальной конфигурации с газотурбинной установкой 6 и первым генератором 25, либо, как показано здесь, расположена в многовальной конфигурации для приведения в действие второго генератора 26. Водяной пар, выходящий из паровой турбины 13, направляется в конденсатор 14 и возвращается в ГИТП 9. Паровой цикл упрощен и показан схематически без различных уровней давления пара, насосов питательной воды и т.д., т.к. они не являются предметом изобретения.

Различные возможности увеличения температуры впускного газа компрессора показаны на фиг. 1. Впускной газ 3 компрессора может быть нагрет теплообменом в предварительном нагревателе 36 воздуха перед поступлением в компрессор 1. Он также может быть нагрет смешиванием отбираемого воздуха 16 компрессора с впускным газом компрессора. Впускной газ нагревается в процессе сжатия в компрессоре 1. Путем регулирования потока отбираемого воздуха контрольным клапаном 17 отбираемого воздуха может регулироваться температура впускного газа компрессора. Отбираемый воздух компрессора может отбираться на выпуске компрессора или от промежуточного положения компрессора 1. Температура впускного газа 3 компрессора может регулироваться или контролироваться рециркуляцией топочного газа. Подвергнутый рециркуляции топочный газ 21 топочных газов из ГИТП 19 подвергают рециркуляции на впуск компрессора 1 газотурбинной установки 6, где он смешивается с окружающим воздухом 2. Подвергнутый рециркуляции топочный газ 21 может быть охлажден в устройстве 27 повторного охлаждения подвергнутого рециркуляции топочного газа перед смешиванием с окружающим воздухом 2. Температура впускного газа 3 компрессора может регулироваться регулированием массового расхода подвергнутого рециркуляции топочного газа 21 и регулированием температуры, до которой подвергнутый рециркуляции топочный газ охлаждается в устройстве 27 повторного охлаждения подвергнутого рециркуляции топочного газа.

В случае рециркуляции топочного газа впускной газ 3 компрессора представляет собой смесь окружающего воздуха 2 и топочного газа, который подвергается рециркуляции по линии рециркуляции топочного газа. Остальной топочный газ 15 топочных газов из ГИТП 19 направляется в выпускную трубу 32 разделителем 29 топочного газа и сбрасывается в окружающую среду. Необязательно, установка 10 улавливания CO2 может быть установлена между разделителем 29 топочного газа и выпускной трубой 32. Указанная установка 10 улавливания CO2 может содержать устройство продува топочного газа, дополнительное устройство продува топочного газа и установку 10 улавливания CO2. В установке улавливания CO2 последний удаляется из топочного газа. Оставшийся топочный газ может быть выпущен в атмосферу, а CO2 может быть сжат для транспортирования и хранения. Имеются несколько известных технологий удаления CO2 из топочного газа, такие как абсорбция, адсорбция, мембранная сепарация и криогенная сепарация.

Кроме того, устройство 11 продува топочного газа с изменяемой скоростью вращения для рециркуляции устанавливается ниже по потоку от устройства 27 охлаждения подвергнутого рециркуляции топочного газа перед смешиванием подвергнутого рециркуляции первого частичного потока 21 топочного газа с окружающим воздухом 2.

Регулирование массового расхода в камере 4 сгорания является одним из главных параметров регулирования сгорания. Поскольку массовый расход на впуске компрессора обратно пропорционален температуре на впуске, массовый расход в камере сгорания может непрямо регулироваться регулирование температуры на впуске компрессора средствами, рассмотренными выше. Массовый расход 3 на впуске компрессора может непосредственно регулироваться регулированием регулируемых впускных направляющих лопаток 34 (РВНЛ, variable inlet guide vanes - VIGV) или регулированием скорости вращения вала 31, и поэтому регулируя массовый расход в камере 4 сгорания. Кроме того, массовый расход в камере сгорания может регулироваться регулированием продувки 18 компрессора и/или отбираемого воздуха 16 компрессора.

Регулирование температуры горячего газа в камере 4 сгорания является одним из главных параметров регулирования сгорания. Температура горячего газа может регулироваться регулированием массового расхода 5 топлива в камере 4 сгорания или регулированием топливно-воздушного отношения. Кроме того, она может регулироваться регулированием температуры на впуске камеры сгорания. Локальная температура горячего газа может регулироваться модулированием пространственного распределения температуры пламени, например, изменением соотношения ступеней (для ступенчатых камер сгорания/горелок) или переключением ступеней в группах горелок (не показано).

Давление в камере 4 сгорания является другим главным параметром, который влияет на сгорание и, в частности, на образование NOx. Давление в камере 4 сгорания может регулироваться объединенным регулированием массового расхода камеры сгорания и температуры на впуске турбины.

Первый генератор 25 может быть соединен с электрической сетью 33 посредством статического частотного преобразователя 24 (СЧП, static frequency converter - SFC) и переключателя энергии для СЧП 28 с подачей крутящего момента на вал 31 и поэтому регулированием скорости вращения вала 31. Обычно напряжение электрической сети 33 выше выходного, соответственно, напряжения на впуске генератора 25; поэтому генератор может быть соединен с сетью через повышающий трансформатор 23. СЧП 24 может регулировать привод генератора как двигателя, использующего электроэнергию от электрической сети 33, и работу генератора с выработкой электроэнергии, преобразованием ее в частоту сети и подачей энергии в электрическую сеть 33.

Для работы под нагрузкой, когда генератор 25 синхронизирован с электрической сетью 33, переключатель энергии для СЧП 28 генератора включается, и генератор 25 соединяется с сетью через генератор-прерыватель 42. Питание генератора и вспомогательное оборудование не показано, т.к. они не являются частью изобретения.

В показанном примере паровая турбина 13 соединена с электрической сетью 33 через генератор-прерыватель 44 паровой турбины и повышающий трансформатор 43.

Регулирование выхлопного газа газотурбинной установки является полезным, поскольку температура водяного пара, генерированного в ГИТП 9, зависит от температуры выхлопного газа. Для работы паровой турбины 13 должна поддерживаться минимальная температура пара, и необходимо избегать быстрых градиентов температуры. Температура на выпуске может регулироваться регулированием температуры на впуске турбины или температуры горячего газа, или отношения давления в турбине 7, что само зависит от массового расхода турбины или массового расхода на выпуске камеры сгорания и температуры на впуске турбины.

Если температура на выпуске турбины является слишком низкой для производства водяного пара с достаточно высокой температурой, температура топочного газа, поступающего в ГИТП 9, может быть увеличена дополнительным сжиганием топлива 35 в дополнительной топке 37.

Одной важной характеристикой предложенного способа является работа газотурбинной установки 6 с очень низким давлением горения для снижения выбросов NOx в процессе работы в резервном режиме. Выбросы NOx показаны в зависимости от температуры, т.е. отношение исходной температуры TREF к температуре Т горячего газа, на фиг. 2 для двух различных давлений p1, р2 горения, где р2 ниже p1. На фиг. 2 ясно показано, что выбросы NOx могут быть снижены при высоких температурах Т горения или низком TREF/T при снижении давления горения.

Для специалистов в данной области техники следует отметить, что настоящее изобретение может быть осуществлено в других специальных формах без отступления от сущности или его существенных характеристик. Рассмотренные в настоящее время варианты считаются поэтому во всех отношениях иллюстративными, но не ограничивающими.

СПИСОК ссылочных позиций

1 - Компрессор

2 - Окружающий воздух

3 - Впускной газ компрессора

4 - Камера сгорания

5 - Топливо

6 - Газотурбинная установка (ГТ)

7 - Турбина

8 - Выхлопной газ

9 - ГИТП (генератор извлечения тепла пара)

10 - Система улавливания CO2 (необязательная)

11 - Устройство продувки топочного газа для подвергнутого рециркуляции топочного газа

12 - Питающая вода

13 - Паровая турбина

14 - Конденсатор

15 - Топочный газ (в окружающую среду)

16 - Отбираемый воздух компрессора

17 - Контрольный клапан отбираемого воздуха компрессора

18 - Продувка компрессора

19 - Топочный газ из ГИТП

20 - Контрольный клапан продувки к выпускной трубе газотурбинной установки

21 - Подвергнутый рециркуляции топочный газ

22 - Контрольный клапан продувки к глушителю

23 - Повышающий трансформатор

24 - Статический частотный преобразователь (СЧП)

25 - Первый генератор

26 - Второй генератор

27 - Устройство повторного охлаждения подвергнутого рециркуляции топочного газа

28 - Переключатель мощности для СЧП

29 - Разделитель топочного газа

30 - Свежий пар

31 - Вал

32 - Вытяжная труба

33 - Электрическая сеть

34 - Регулируемые впускные направляющие лопатки

35 - Дополнительное топливо

36 - Предварительный нагреватель воздуха

37 - Дополнительная топка

38 - Лопатка компрессора

39 - Лопасть компрессора

40 - Лопатка турбины

41 - Лопасть турбины

42 - Генератор-прерыватель

43 - Повышающий трансформатор паровой турбины

44 - Генератор-прерыватель паровой турбины

ЭУОЦ (ССРР) - Энергоустановка объединенного цикла

TREF - исходная температура горячего газа

Т - температура горячего газа

1. Способ работы энергоустановки с одновальной газотурбинной установкой (6), содержащей компрессор (1), который создает давление впускного воздуха (3), который смешивается с топливом (5) и воспламеняется для производства горючих газов в камере (4) сгорания, турбину (7), которая извлекает энергию из горячих газов, выходящих из камеры (4) сгорания, один вал (31), соединяющий компрессор (1) с турбиной (7), и первый генератор (25), который механически соединен с валом (31) газотурбинной установкой (6) с фиксированным передаточным отношением, отличающийся тем, что осуществляют работу газотурбинной установки (6) с постоянной скоростью вращения, которая является по меньшей мере на 10% ниже скорости вращения, с которой газотурбинная установка (6) вращается, когда первый генератор (25) синхронизирован с электрической сетью (33).

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что осуществляют работу газотурбинной установки (6) со скоростью вращения между 20% и 85% скорости вращения, когда первый генератор (25) синхронизирован с электрической сетью (33).

3. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что управляют скоростью вращения газотурбинной установки по меньшей мере одним из следующего:
прикладывают крутящий момент к валу (31) первым генератором (25), который управляется статическим частотным преобразователем (24),
регулируют регулируемые впускные направляющие лопатки (34),
регулируют температуру впускного воздуха (3) компрессора,
регулируют положение продувочного контрольного клапана (20, 22).

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что осуществляют работу первого генератора (25) для подачи энергии в электрическую сеть (33) посредством статического частотного преобразователя (24).

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что осуществляют работу первого генератора (25) для подачи положительного крутящего момента на вал (31) для приведения в действие газотурбинной установки (6) посредством частотного преобразователя (24).

6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что газотурбинная установка (6) вместе с паровой турбиной (13) расположены на одном валу, и энергия паровой турбины используется для приведения в действие газотурбинной установки (6).

7. Способ п. 1, отличающийся тем, что увеличивают температуру впускного газа (3) компрессора относительно температуры окружающего воздуха (2).

8. Способ по п. 7, отличающийся тем, что температуру впускного газа (3) компрессора увеличивают по меньшей мере одним из следующего:
примешивают отбираемый воздух (16) компрессора к впускному газу (3) компрессора,
нагревают впускной газ (3) посредством теплообмена в предварительном нагревателе (36) воздуха,
примешивают подвергнутый рециркуляции топочный газ (21) к впускным газам (3) компрессора.

9. Способ п. 1, отличающийся тем, что выбросы газотурбинной установки регулируют по меньшей мере одним из следующего:
регулируют регулируемые впускные направляющие лопатки (34),
регулируют положение продувочного клапана (20, 22),
регулируют скорость газотурбинной установки (6),
регулируют температуру впускного газа (3) компрессора,
модулируют пространственное распределение температуры пламени регулированием ступенчатого отношения для ступенчатых горелок или подачей топлива к отдельным горелкам.

10. Способ по п. 1, отличающийся тем, что температуру на выпуске газотурбинной установки регулируют по меньшей мере одним из следующего:
регулируют регулируемые впускные направляющие лопатки (34),
регулируют температуру впускного газа (3) компрессора,
регулируют продувочный контрольный клапан (20, 22),
регулируют скорость газотурбинной установки (6),
регулируют температуру впускного газа (3) компрессора.

11. Способ работы энергоустановки, содержащей одновальную газотурбинную установку (6) с компрессором (1), который создает давление впускного воздуха (3), который смешивается с топливом (5) и воспламеняется для производства горючих газов в камере сгорания (4), турбину (7), которая извлекает энергию из горячих газов, выходящих из камеры сгорания (4), один вал (31), соединяющий компрессор (1) и турбину (7), и первый генератор (25), который механически соединен с валом (31) газотурбинной установки (6) с фиксированным передаточным отношением, отличающийся тем, что осуществляют работу камеры сгорания (4) в режиме предварительного смешивания в процессе работы с постоянной скоростью вращения, которая ниже скорости вращения, с которой вращается газотурбинная установка (6), когда первый генератор (25) синхронизирован с электрической сетью (33), и осуществляют работу камеры сгорания (4) с диффузионным пламенем или в режиме предварительного смешивания с диффузионным пламенем для стабилизации при прогоне до холостого хода, при холостом ходе и при низкой неполной нагрузке, и осуществляют работу камеры сгорания (4) в режиме предварительного смешивания для работы с базовой нагрузкой и с высокой неполной нагрузкой.

12. Энергоустановка, содержащая одновальную газотурбинную установку (6) с компрессором (1), камеру сгорания (4), турбину (7), один вал (31), соединяющий компрессор (1) и турбину (7), и первый генератор (25), который механически соединен с валом (31) газотурбинной установки (6) с фиксированным передаточным отношением, отличающаяся тем, что газотурбинная установка (6) выполнена с возможностью непрерывной работы с камерой сгорания, воспламеняющейся с постоянной скоростью вращения, которая является по меньшей мере на 10% ниже расчетной скорости вращения газотурбинной установки (6), при этом
вал (31), а также лопасти и лопатки компрессора (1) и газотурбинной установки (7) выполнены для рабочего диапазона, свободного от собственных частот первого порядка, при скорости вращения, которая является по меньшей мере на 10% ниже расчетной скорости вращения газотурбинной установки (6).

13. Энергоустановка по п. 12, отличающаяся тем, что вал (31) и лопасти и лопатки компрессора (1) и турбины (7) выполнены освобожденными по меньшей мере от собственных частот первого и второго порядка для рабочего диапазона по меньшей мере ±2% скорости вращения вблизи рабочей точки со скоростью вращения, которая является по меньшей мере на 10% ниже расчетной скорости вращения газотурбинной установки (6).



 

Похожие патенты:

Настоящее изобретение относится к газотурбинной системе генерирования энергии, содержащей генератор с водородным охлаждением, имеющий водород в качестве теплоносителя, хранилище водорода энергоблока, вспомогательное оборудование генератора и систему аварийной подачи энергии, которая содержит топливный элемент, в качестве топлива использующий водород.

Способ предназначен для контроля уровня масла, содержащегося в баке двигателя летательного аппарата, и согласно изобретению содержит этапы, на которых: - для, по меньшей мере, двух заранее определенных фаз работы двигателя, в течение, по меньшей мере, одного полета летательного аппарата: получают множество измерений уровня масла в баке, причем каждое измерение связано с температурой масла и с оборотами двигателя; и выбирают измерения, представляющие изменения уровня масла и связанные с температурами масла, которые близки к опорной температуре, и с оборотами двигателя, которые близки к опорным оборотам; - объединяют (F40) измерения, выбранные по фазам работы в течение упомянутого, по меньшей мере, одного полета летательного аппарата; и - сравнивают (F60) объединенные измерения с опорными данными для идентификации (F70) аномального расхода масла двигателя.

Изобретение относится к энергетике. Способ для защиты газотурбинного двигателя, содержащего компрессор, камеру сгорания и турбину, от высокодинамических параметров, в частности, при пульсациях пламени в камере сгорания, при котором измеряют пульсации камеры сгорания, делят спектр частот измеренного сигнала пульсаций на заданные отрезки полосы пропускания, рассчитывают среднеквадратичное значение сигнала для каждой полосы, определяют взвешенные расчетные среднеквадратичные значения частоты или частотного диапазона, используя заданные весовые коэффициенты, накапливают взвешенные среднеквадратичные значения частоты или частотного диапазона для получения значения критерия предела пульсации, и сравнивают это значение с одним реперным значением, и обеспечивают работу газотурбинного двигателя в соответствии с результатом упомянутого сравнения.

Газотурбинный двигатель содержит по меньшей мере одну охлаждаемую ступень турбины с сопловым аппаратом с полостями над ним и под ним, системы охлаждения ротора и статора турбины, корпус турбины и систему регулирования радиального зазора.

Способ в соответствии с изобретением позволяет производить коррекцию текущего измерения давления газового потока, выдаваемого в ходе полета датчиком, установленным в двигателе.

Изобретение относится к энергетике. Способ управления рабочей точкой газовой турбины, содержащей компрессор, камеру сгорания и турбину, включающий шаг определения давления выхлопного газа на выходе турбины, шаг измерения давления на выходе компрессора, шаг определения коэффициента давления турбины на основе давления выхлопного газа и давления на выходе компрессора, шаг вычисления эталонной пороговой кривой перехода из режима горения в первичной зоне в режим горения в первичной и вторичной зонах как функции от коэффициента давления турбины, при этом пороговая кривая перехода из режима горения в первичной зоне в режим горения в первичной и вторичной зонах содержит точки, в которых работа газовой турбины изменяется между режимом горения в первичной зоне в режим горения в первичной и вторичной зонах, и шаг управления газовой турбиной для перехода между режимом горения в первичной зоне и режимом горения в первичной и вторичной зонах.

Изобретение относится к энергетике. Способ управления рабочей точкой газовой турбины, содержащей компрессор, камеру сгорания и турбину.

Изобретение относится к энергетике. Способ управления рабочей точкой газовой турбины, включающий определение коэффициента давления турбины, вычисление эталонной пороговой кривой перехода из режима горения в первичной зоне в режим горения в первичной и вторичной зонах как функции от коэффициента давления турбины, определение в первый момент времени, когда температура выхлопного газа, соответствующая рабочей точке, выше температуры выхлопного газа на эталонной пороговой кривой перехода из режима горения в первичной зоне в режим горения в первичной и вторичной зонах для одного и того же коэффициента давления турбины, и изменение, через заранее заданный интервал времени после первого момента времени, параметра распределения топлива с первого значения на второе значение, если температура выхлопного газа, соответствующая рабочей точке, остается выше температуры выхлопного газа на эталонной пороговой кривой перехода из режима горения в первичной зоне в режим горения в первичной и вторичной зонах.

Изобретение относится к области теплоэнергетики и может быть использовано для осуществления перевода маневренной энергетической газотурбинной установки (ГТУ), в том числе в составе парогазовой установки (ПГУ), на предельно допустимую минимальную мощность при снижении электрической нагрузки энергосети.

Изобретение относится к энергетике. В способе эксплуатации комбинированной электростанции, включающей в себя газовую турбину и паровую турбину, соответственно посредством подключенного электрогенератора вырабатывают переменное напряжение соответствующей частоты и отдают его сети переменного напряжения, причем отходящий газ газовой турбины используется для вырабатывания пара для паровой турбины.

Изобретение относится к энергетике. Способ управления электростанцией с комбинированным циклом осуществляется станцией, которая содержит, по меньшей мере, газовую турбину и, по меньшей мере, паросиловую систему генерации, при этом станция приводит в действие, по меньшей мере, один электрический генератор, соединяемый с электрической сетью, при этом газовая турбина содержит компрессор, а паросиловая система генерации содержит паровую турбину, котел-утилизатор и обводной трубопровод. Газовую турбину разгружают до режима, в котором компрессор работает на своей номинальной скорости, а также тем, что паровую турбину разгружают в согласовании с разгрузкой газовой турбины до режима, в котором общая нагрузка, выводимая станцией в сеть, по существу, равна нулю, при этом газовая турбина и паросиловая система генерации соединены. Изобретение позволяет повысить эффективность изменения нагрузки электростанций с комбинированным циклом. 9 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к электротехнике и электроэнергетике, а именно к системам получения электрической энергии для электроснабжения машин и комплексов объектов нефтедобычи с использованием попутного нефтяного газа в качестве энергоносителя для обеспечения собственных нужд предприятий минерально-сырьевого комплекса, находящихся вдали от действующих систем централизованного электроснабжения без связи с единой энергосистемой. В системе генерирования электрической энергии, содержащей блок силовой электроники, соединенный с генератором, выполненный в виде активного выпрямителя, последовательно соединенного с ним через контактор токоограничивающего дросселя, параллельно подключенного через тот же контактор емкостного накопителя энергии, снабженного блоком управления, выполненным на логических элементах, соединенным с ним датчиком определения емкости накопителя энергии и устройством заряда емкостного накопителя, сообщающимся с накопителем контактором, и автономного инвертора, соединенного с нагрузкой, систему управления двигателем и генератором, блок силовой электроники дополнительно снабжен сглаживающим пассивным фильтром для подавления высших гармоник тока определенного порядка, параллельно подключаемым к автономному инвертору и функционирующим синхронно с основной системой преобразования параметров энергии. Техническим результатом изобретения является более эффективная синхронизация режимов функционирования в части отклонения и колебания напряжения нескольких автономных систем генерирования при их совместной работе параллельно с централизованной энергосистемой. 1 ил.

Изобретение относится к энергетике. Способ смешивания разбавляющего воздуха с горячим основным потоком в системе последовательного сгорания газовой турбины, при этом газовая турбина содержит компрессор, первую камеру сгорания, соединенную ниже по потоку с компрессором, и горячие газы первой камеры сгорания впускают в промежуточную турбину или непосредственно во вторую камеру сгорания. Горячие газы второй камеры сгорания впускают в дополнительную турбину или непосредственно в систему регенерации энергии, при этом впрыск разбавляющего воздуха вводится в первую камеру сгорания, а направление впрыска разбавляющего воздуха противоположно или совпадает с направлением первоначального потока завихрения внутри области первой камеры сгорания. Также представлены форсунка разбавляющего воздуха и камеры сгорания для осуществления настоящего способа. Изобретение позволяет снизить выделения CO. 4 н. и 8 з. п. ф-лы, 9 ил.

Объектом настоящего изобретения является силовая установка, содержащая две моторные группы и коробку механической передачи мощности. Каждая моторная группа механически вращает коробку механической передачи мощности для приведения во вращение главного выходного вала и, следовательно, главного несущего винта упомянутого летательного аппарата по частоте вращения NR. Первую моторную группу, содержащую два главных двигателя, регулируют по первому заданному значению NR* упомянутой частоты вращения NR, тогда как вторую моторную группу, содержащую вспомогательный двигатель, регулируют по второму заданному значению W1* мощности упомянутой второй моторной группы. Кроме того, работу упомянутой первой моторной группы регулируют по третьему заданному значению W2f* упреждения мощности такому, что упомянутая первая моторная группа и упомянутая вторая моторная группа совместно выдают мощность Ws*, необходимую на уровне главного несущего винта. Такое выполнение трехмоторной силовой установки позволяет упростить архитектуру между вычислительными устройствами каждого двигателя и оптимизировать мощность, производимую каждым двигателем. 3 н. и 13 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к способам регулирования режимами работы двигателя при его эксплуатации на летательном аппарате по приборной скорости полета в зависимости от предельной осевой нагрузки, действующей на упорный подшипник ротора авиационного газотурбинного двигателя. Назначают предельную осевую нагрузку Rос. пред для каждого режима работы двигателя, которому соответствует свое значение числа Маха и высоты полета, по nпривед и по зависимости определяют , далее по универсальной зависимости определяют осевую нагрузку Rос и сравнивают ее с Roc. пред, последовательными приближениями определяют предельное число Маха Мпред, при котором Rос=Rос. пред, определяют соответствующую ему предельную приборную скорость по зависимости. , во время полета регулируют режимы работы авиационного газотурбинного двигателя так, чтобы приборная скорость полета Vприб<Vприб. пред. Реализация изобретения позволяет уменьшить время доводки двигателя на стадии летных испытаний двигателя в составе летательного аппарата и повысить экономичность стадии доводки, при этом увеличить ресурс двигателя и его надежность через ограничение величины осевой нагрузки, действующей на ротор авиационного газотурбинного двигателя. 2 ил.

Изобретение относится к машиностроению, в частности к определению при испытаниях коэффициента расхода газа через сопловой аппарат турбины, и может быть использовано в двухконтурных газотурбинных двигателях. Способ позволяет повысить достоверность определения величины коэффициента расхода газа через сопловой аппарат турбины двухконтурного газотурбинного двигателя. При этом для определения значений параметров коэффициента расхода Аг газа проводят испытания газогенератора двухконтурного двигателя и замеряют давление воздуха за компрессором Р к ∗ , температуру воздуха перед и за компрессором Т в х ∗ и Т к ∗ , расход воздуха в компрессоре Gв, расход топлива Gт, расход воздуха, участвующего в горении Gвгор, по замеренным в результате испытаний параметрам определяют значения расхода газа Gг, давления газа Р г ∗ , температуры газа перед турбиной Т г ∗ и полученные величины включают в формулу для определения коэффициента расхода газа Аг.

Изобретение относится к машиностроению, в частности к ограничителям температуры газа перед турбиной, может быть использовано в газотурбинных двигателях летательных аппаратов и позволяет обеспечить возможность настройки ограничителя с учетом полетных условий. Способ отладки ограничителя температуры газа за турбиной газотурбинного двигателя включает его настройку на ограничение максимальной температуры газа перед турбиной по характеристике получаемой при измерении температуры газа за турбиной при испытании двигателя в наземных условиях, где - температура газа за турбиной, измеренная при испытании в наземных условиях; - расчетная температура газа перед турбиной, при этом дополнительно измеряют температуру газа за турбиной при испытании, имитирующем полетные условия, сравнивают характеристики и где - расчетная температура газа перед турбиной; - температура газа за турбиной, измеренная при испытании в наземных условиях; - температура газа за турбиной, измеренная при испытании, имитирующем полетные условия, и в случае несовпадения данных характеристик осуществляют корректировку настройки ограничителя с учетом разницы температур и . 1 ил.

Изобретение относится к газотурбостроению и авиадвигателестроению, более конкретно - к системам измерения частоты вращения ротора газотурбинных двигателей, имеющих циркуляционную систему смазки подшипниковых опор, включающую системы подачи масла и суфлирования, в частности к системам измерения частоты вращения ротора турбин газотурбинных двигателей наземного использования. Технический результат изобретения - повышение надежности и простоты обслуживания системы измерения частоты вращения ротора микрогазотурбинной установки с двигателем на основе турбокомпрессора от ДВС. Технический результат достигается тем, что на ротор турбокомпрессора, а именно на крепежную гайку компрессорной турбины, наносится светоотражающее покрытие, которое подсвечивается лазерным световым излучателем, отблеск которого отражается на светоприемное устройство, сигнал которого поступает на считывающее электронно-преобразующее устройство. 2 ил.

Изобретение относится к способам регулирования турбореактивного двигателя в зависимости от целей полета самолета, в частности обеспечения максимальной продолжительности и дальности полета. Способ регулирования авиационного турбореактивного двигателя включает управление суммарным расходом топлива в форсажной камере сгорания по измеренным температуре воздуха на входе в двигатель и давлению воздуха за компрессором, измерение расхода топлива для первого и второго форсажных коллекторов при поддержании одинакового суммарного расхода топлива в зависимости от давления воздуха за компрессором и температуры воздуха на входе в двигатель, измерение значения тяги и определения удельного расхода топлива, построение зависимости удельного расхода топлива от тяги при разных соотношениях топлива, подаваемого в первый и второй форсажный коллекторы, и установление соотношения топлива, подаваемого в первый и второй форсажный коллекторы, обеспечивающего минимальный удельный расход топлива при заданных значениях тяги. Изобретение позволяет повысить экономичность двигателя на форсированном сверхзвуковом режиме, режимах перегона самолета, а также увеличить дальность и продолжительность полета самолета. 1 табл., 4 ил.
Наверх