Способ работы газотурбодетандерной энергетической установки тепловой электрической станции

Способ работы газотурбодетандерной энергетической установки тепловой электрической станции заключается в том, что атмосферный воздух сжимают в компрессоре, подают в камеру сгорания, сжигают топливо, продукты сгорания расширяют в газовой турбине, полезную работу газовой турбины используют для выработки электроэнергии, полезную работу турбодетандера используют для привода компрессора. В газотурбодетандерной энергетической установке дополнительно применяют регенеративный воздухоподогреватель, дожимной газовый компрессор, теплообменник утилизации теплоты уходящих газов газовой турбины, при этом теплообменники подогрева газа высокого давления и утилизации теплоты уходящих газов выполняют газоводяными. Газоводяной теплообменник утилизации теплоты уходящих газов соединяют трубопроводами горячего и охлажденного теплоносителя с газоводяным теплообменником подогрева газа высокого давления и с газоводяным теплообменником подогрева газа пониженного давления. Небольшую часть газа из газопровода высокого давления 1,0-0,6 МПа сжимают в дожимном газовом компрессоре и с давлением 2,5-3 МПа подают в камеру сгорании. Большую часть газа высокого давления подогревают теплом горячего теплоносителя в газоводяном теплообменнике подогрева газа высокого давления, расширяют в турбодетандере до давления 0,13-0,15 МПа и температуры 3-5°С. Затем этот газ подогревают теплом горячего теплоносителя в газоводяном теплообменнике пониженного давления и по газопроводу пониженного давления подают в котельные агрегаты тепловой электрической станции. Теплоноситель, охлажденный в газоводяных теплообменниках подогрева газа высокого и пониженного давления, направляют для подогрева в газоводяной теплообменник утилизации теплоты уходящих газов газовой турбины. При изменении давления газа в газопроводе высокого давления систему управления давлением газа пониженного давления используют для изменения положения регулирующего соплового аппарата турбодетандера и поддержания постоянного давления газа в газопроводе пониженного давления, подаваемого в котельные агрегаты тепловой электрической станции. 1 ил.

 

Изобретение относится к области энергетики, в частности к способу работы газотурбодетандерных агрегатов, и может быть использовано на тепловых электрических станциях.

Известна газотурбинная установка (Патент РФ №2338908, МПК F02C 6/18, опубл. 20.11.2008), содержащая компрессор, камеру сгорания, силовую газовую турбину, электрогенератор, теплообменный аппарат, турбодетандер. Высоконапорная магистраль природного газа соединена через теплообменный аппарат с входом турбодетандера, выход которого связан с камерой сгорания и с потребителем газа. Силовая газовая турбина связана валом с электрогенератором. Ротор высокооборотного турбодетандера соединен валом с ротором компрессора. Греющей средой теплообменного аппарата являются горячие газы, выходящие из силовой газовой турбины. Положительным качеством этой газотурбинной установки является привод компрессора от высокооборотного турбодетандера. Но эта газотурбинная установка не может быть применена на тепловых электрических станциях (ТЭС), так как давление газа, расширенного в ее турбодетандере и используемого для подачи в камеру сгорания, должно быть не менее 2,5 МПа, тогда как давление топливного газа, подаваемого в котельные агрегаты ТЭС, должно быть равным 0,13-0,15 МПа.

Известен также способ работы турбодетандерного агрегата (ТДА) (Е.А. Жигулина, Н.В. Калинин, В.Г. Хромченков. Эффективность подогрева природного газа при использовании детандергенераторных агрегатов на тепловых электрических станциях, http://www.combienergy.ru/stat/1215-Effektivnost-podogreva-prirodnogo-gaza-pri-ispolzovanii), применяемый для выработки электроэнергии на ТЭС с использованием потенциальной энергии сжатого природного газа, потребляемого котельными агрегатами. Согласно этому способу природный газ подают на газораспределительную станцию (ГРП) ТЭС с давлением 1,0-0,6 МПа, подогревают до температуры 80-100°С, расширяют в турбодетандерном агрегате с понижением его давления до 0,13-0,15 МПа и температуры в 3-5°С, исключающей гидратообразование. Этот газ подогревают после турбодетандера и используют как топливный газ для котельных агрегатов ТЭС. Теплоносителем для подогрева газа перед турбодетандером является вода, нагретая паром из отборов паровых турбин. Конденсат греющего пара возвращают в пароводяной цикл ТЭС. В зимнем режиме работы ТЭС греющую воду для ТДА подогревают также в пиковых водогрейных котлах.

Недостатком этого способа является необходимость связи ТДА трубопроводами теплоносителя и теплообменниками с отборами пара паровых турбин ТЭС. Кроме того, турбодетандерные установки, работающие по этому способу, имеют недостаточно высокую электрическую мощность из-за использования в них энергии теплоносителя, подогретого на ТЭС.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ работы энергетической газотурбодетандерной установки собственных нужд компрессорных станций магистральных газопроводов (Патент РФ №2541080, МПК F02C 6/00, F01K 27/00, F25B 11/00, опубл. 10.02.2015), содержащих газопровод высокого давления, подогреватель газа, газотурбодетандерную установку, состоящую из турбодетандера с регулируемым сопловым аппаратом, воздушного компрессора, камеры сгорания, газовой турбины, теплообменника-регенератора, электрогенератора, трубопроводы горячего и охлажденного теплоносителя, систему управления давлением газа, выходную газовую магистраль, при этом газопровод высокого давления соединен по газу с входом турбодетандера через теплообменник-регенератор, выход которого связан с выходной газовой магистралью и с камерой сгорания, воздушный компрессор соединен через камеру сгорания с газовой турбиной, выход газовой турбины связан по продуктам сгорания через теплообменник-регенератор с атмосферой.

Согласно этому способу газ высокого давления подогревают, расширяют в турбодетандере с регулирующим сопловым аппаратом, полезную работу турбодетандера используют для привода компрессора, а полезную работу газовой турбины используют для выработки электроэнергии в электрогенераторе. Подогрев газа высокого давления перед турбодетандером производят за счет теплоты выхлопных газов газовой турбины. При изменении давления газа высокого давления с помощью регулирующего соплового аппарата поддерживают постоянное давление газа, расширенного в турбодетандере. Данный способ работы энергетической газотурбодетандерной установки принят в качестве прототипа предлагаемого изобретения. Положительным качеством способа-прототипа является повышенная электрическая мощность энергетической газотурбинной установки за счет использования работы турбодетандера для сжатия воздуха в компрессоре.

Но способ-прототип предназначен для выработки электроэнергии на компрессорной станции с подачей газа высокого давления в турбодетандер. Природный газ высокого давления 5,5-7 МПа расширяют в турбодетандере и направляют его с давлением 2,5-3 МПа в камеры сгорания газоперекачивающих агрегатов. Этот способ не может быть применен для работы газотурбодетандерной энергетической установки тепловой электрической станции вследствие того, что на ГРП ТЭС подают природный газ с давлением до 1 МПа и расширяют его в дросселе до давления 0,13-0,15 МПа, необходимом для подачи топливного газа в котельные агрегаты ТЭС.

Технической задачей предлагаемого изобретения является увеличение электрической мощности и тепловой экономичности газотурбодетандерной энергетической установки тепловой электрической станции.

Поставленная задача решается за счет того, что в способе работы газотурбодетандерной энергетической установки тепловой электрической станции, содержащей газопровод высокого давления, теплообменник подогрева газа высокого давления, турбодетандер с регулирующим сопловым аппаратом, теплообменник подогрева газа пониженного давления, газотурбинную установку с компрессором, камерой сгорания, газовой турбиной, электрогенератором, трубопроводы горячего и охлажденного теплоносителя (воды) с насосом, систему управлением давлением газа пониженного давления; при этом газопровод высокого давления через теплообменник подогрева газа высокого давления соединен с входом турбодетандера, выход турбодетандера связан через теплообменник подогрева газа пониженного давления с газопроводом пониженного давления, этот теплообменник связан с трубопроводами горячего и охлажденного теплоносителя, турбодетандер соединен валом с компрессором, газовая турбина соединена валом с электрогенератором, система управления давлением газа пониженного давления связана импульсными линиями с регулирующим сопловым аппаратом турбодетандера и с газопроводом пониженного давления, согласно этому способу атмосферный воздух сжимают в компрессоре, подают в камеру сгорания, сжигают топливо, продукты сгорания расширяют в газовой турбине, полезную работу газовой турбины используют для выработки электроэнергии, полезную работу турбодетандера используют для привода компрессора, причем в газотурбодетандерной энергетической установке дополнительно применяют регенеративный воздухоподогреватель, дожимной газовый компрессор, теплообменник утилизации теплоты уходящих газов газовой турбины, при этом теплообменники подогрева газа высокого давления и утилизации теплоты уходящих газов выполняют газоводяными, газоводяной теплообменник утилизации теплоты уходящих газов соединяют трубопроводами горячего и охлажденного теплоносителя с газоводяным теплообменником подогрева газа высокого давления и с газоводяным теплообменником подогрева газа пониженного давления; небольшую часть газа из газопровода высокого давления 1,0-0,6 МПа сжимают в дожимном газовом компрессоре и с давлением 2,5-3 МПа подают в камеру сгорания, большую часть газа высокого давления подогревают теплом горячего теплоносителя в газоводяном теплообменнике подогрева газа высокого давления, расширяют в турбодетандере до давления 0,13-0,15 МПа и температуры 3-5°С, затем этот газ подогревают теплом горячего теплоносителя в газоводяном теплообменнике пониженного давления и по газопроводу пониженного давления подают в котельные агрегаты тепловой электрической станции, теплоноситель, охлажденный в газоводяных теплообменниках подогрева газа высокого и пониженного давления, направляют для подогрева в газоводяной теплообменник утилизации теплоты уходящих газов газовой турбины; при изменении давления газа в газопроводе высокого давления систему управления давлением газа пониженного давления используют для изменения положения регулирующего соплового аппарата турбодетандера и поддержания постоянного давления газа в газопроводе пониженного давления, подаваемого в котельные агрегаты тепловой электрической станции.

Новые технические решения в предлагаемом способе работы газотурбодетандерной энергетической установки тепловой электрической станции позволяют увеличить электрическую мощность и экономичность газотурбодетандерной энергетической установки за счет дополнительного применения регенеративного воздухоподогревателя; газоводяных теплообменников высокого давления, пониженного давления и утилизации теплоты уходящих газов газовой турбины. Важно, что расход газа, подогреваемого в газоводяном теплообменнике высокого давления и в газоводяном теплообменнике пониженного давления, близок к расходу продуктов сгорания через газоводяной теплообменник утилизации теплоты уходящих газов газовой турбины. Это способствует снижению температуры уходящих газов и большей утилизации тепла выхлопных газов газовой турбины. За счет этого в предлагаемом способе работы газотурбодетандерной энергетической установки будет достигнут высокий уровень совместной когенерационной выработки электрической и тепловой энергии с повышением до 80-85% коэффициента использования тепла топлива, сжигаемого в камере сгорания газотурбинной установки.

Схема устройства для реализации способа работы газотурбодетандерной энергетической установки изображена на Фиг. 1. Устройство включает: газопровод высокого давления 1, газоводяной теплообменник подогрева газа высокого давления 2, турбодетандер 3, компрессор 4, регенеративный воздухоподогреватель 5, газовую турбину 6, электрогенератор 7, камеру сгорания 8, газоводяной утилизационный теплообменник уходящих газов 9, трубопроводы теплоносителя (воды) 10 с насосом, теплообменник подогрева газа пониженного давления 11, газопровод пониженного давления 12, дожимной газовый компрессор топливного газа газотурбинной установки 13, тепловую электрическую станцию 14, систему управления давлением газа пониженного давления 15. Газопровод высокого давления 1 с давлением 1,0-0,6 МПа связан с турбодетандером 3. Выход турбодетандера 3 через газоводяной подогреватель газа пониженного давления 11 связан с газопроводом пониженного давления 12 и с тепловой электрической станцией 14. Выход компрессора 4 через регенеративный воздухоподогреватель 5 и камеру сгорания 8 связан с входом газовой турбины 6. Выход газовой турбины 6 связан выхлопным газоходом с атмосферой через регенеративный воздухоподогреватель 5 и газоводяной утилизационный теплообменник уходящих газов 9, который трубопроводами теплоносителя (воды) 10 связан с газоводяным подогревателем газа высокого давления 2 и с газоводяным подогревателем газа пониженного давления 11. Турбодетандер 3 связан общим валом с компрессором 4, а газовая турбина 6 связана валом с электрогенератором 7. Выход турбодетандера 3 соединен газопроводом пониженного давления 12 через газоводяной подогреватель газа пониженного давления 11 с котельными агрегатами тепловой электрической станции 14. Газопровод высокого давления 1 связан с камерой сгорания 8 через дожимной газовый компрессор 13 топливного газа газотурбинной установки. Система управления давлением газа пониженного давления 15 связана импульсными линиями с регулирующим сопловым аппаратом турбодетандера 3 и с газопроводом пониженного давления 12.

Предлагаемый способ работы газотурбодетандерной энергетической установки тепловой электрической станции осуществляют следующим образом. Природный газ из газопровода высокого давления 1 подогревают в газоводяном подогревателе газа высокого давления 2 и подают в турбодетандер 3. Здесь его расширяют с понижением давления до 0,13-0,15 МПа и температуры 3-5°С и подают по газопроводу пониженного давления 12 через газоводяной подогреватель газа пониженного давления 11 к котельным агрегатам тепловой электрической станции 14. Атмосферный воздух сжимают в компрессоре 4 и через регенеративный воздухоподогреватель 5 и камеру сгорания 8 подают на вход газовой турбины 6. Продукты сгорания газовой турбины 6 подают через регенеративный воздухоподогреватель 5 и газоводяной утилизационный теплообменник уходящих газов 9 в атмосферу. В этом теплообменнике теплом уходящих газов газовой турбины подогревают теплоноситель (воду), и по трубопроводу горячего теплоносителя 10 ее подают в газоводяной теплообменник газа высокого давления 2, подогревая в нем газ высокого давления, а также в газоводяной подогреватель газа пониженного давления 11, подогревая газ пониженного давления, подаваемый в котельные агрегаты тепловой электрической станции 14. Газ из газопровода высокого давления 1 направляют в дожимной газовый компрессор 13, сжимают до давления 2,5-3 МПа и подают в качестве топливного газа в камеру сгорания 8. При изменении давления в газопроводе высокого давления 1 с помощью системы управления давлением газа пониженного давления 15 изменяют положение регулирующего соплового аппарата турбодетандера 3 и поддерживают постоянное давление топливного газа 0,13-0,15 МПа в газопроводе пониженного давления 12.

Способ работы газотурбодетандерной энергетической установки тепловой электрической станции, содержащей газопровод высокого давления, теплообменник подогрева газа высокого давления, турбодетандер с регулирующим сопловым аппаратом, теплообменник подогрева газа пониженного давления, газотурбинную установку с компрессором, камерой сгорания, газовой турбиной, электрогенератором, трубопроводы горячего и охлажденного теплоносителя (воды) с насосом, систему управлением давлением газа пониженного давления; при этом газопровод высокого давления через теплообменник подогрева газа высокого давления соединен с входом турбодетандера, выход турбодетандера связан через теплообменник подогрева газа пониженного давления с газопроводом пониженного давления, этот теплообменник связан с трубопроводами горячего и охлажденного теплоносителя, турбодетандер соединен валом с компрессором, газовая турбина соединена валом с электрогенератором, система управления давлением газа пониженного давления связана импульсными линиями с регулирующим сопловым аппаратом турбодетандера и с газопроводом пониженного давления, согласно этому способу атмосферный воздух сжимают в компрессоре, подают в камеру сгорания, сжигают топливо, продукты сгорания расширяют в газовой турбине, полезную работу газовой турбины используют для выработки электроэнергии, полезную работу турбодетандера используют для привода компрессора, отличающийся тем, что в газотурбодетандерной энергетической установке дополнительно применяют регенеративный воздухоподогреватель, дожимной газовый компрессор, теплообменник утилизации теплоты уходящих газов газовой турбины, при этом теплообменники подогрева газа высокого давления и утилизации теплоты уходящих газов выполняют газоводяными, газоводяной теплообменник утилизации теплоты уходящих газов соединяют трубопроводами горячего и охлажденного теплоносителя с газоводяным теплообменником подогрева газа высокого давления и с газоводяным теплообменником подогрева газа пониженного давления; небольшую часть газа из газопровода высокого давления 1,0-0,6 МПа сжимают в дожимном газовом компрессоре и с давлением 2,5-3 МПа подают в камеру сгорания, большую часть газа высокого давления подогревают теплом горячего теплоносителя в газоводяном теплообменнике подогрева газа высокого давления, расширяют в турбодетандере до давления 0,13-0,15 МПа и температуры 3-5°С, затем этот газ подогревают теплом горячего теплоносителя в газоводяном теплообменнике пониженного давления и по газопроводу пониженного давления подают в котельные агрегаты тепловой электрической станции, теплоноситель, охлажденный в газоводяных теплообменниках подогрева газа высокого и пониженного давления, направляют для подогрева в газоводяной теплообменник утилизации теплоты уходящих газов газовой турбины; при изменении давления газа в газопроводе высокого давления систему управления давлением газа пониженного давления используют для изменения положения регулирующего соплового аппарата турбодетандера и поддержания постоянного давления газа в газопроводе пониженного давления, подаваемого в котельные агрегаты тепловой электрической станции.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к газовой технике, в частности к газораспределительным станциям для снижения давления газа в газопроводе. Газораспределительная станция содержит блок управления, технологический блок с газопроводом высокого и низкого давления, емкость сбора конденсата, эжектор, вихревую трубу, теплообменник, блок управления снабжен датчиком температуры наружного воздуха и регулятором расхода горячего потока вихревой трубы, наружная поверхность емкости сбора конденсата покрыта теплоизолирующим и теплоаккумулирующим материалом, при этом конденсатоотводчик включает корпус с крышкой и коническое днище, соединенное с емкостью сбора конденсата, и снабжен отражательной перегородкой, которая выполнена с покрытием, полученным ионно-плазменным методом, стеклоподобной нанообразной пленкой из оксида тантала со стороны патрубка ввода холодного потока из вихревой трубы, кроме того, отражательная перегородка соединена с крышкой и расположена между патрубками ввода и вывода холодного потока.

Поршневой бесклапанный детандер содержит цилиндр, в открытой части которого расположены окна для восполнения утечек газа из полости сжатия и сообщены с охлаждаемым объемом газа.

Изобретение может использоваться для утилизации избыточной энергии газа. Газотурбогенератор содержит турбину, асинхронный генератор, датчик частоты вращения турбины, проходные изоляторы, трехфазное устройство подогрева газа, датчик температуры, блок управления, контактор.

Изобретение относится к технологии раздельного извлечения компонент газовых смесей, в частности очистки гексафторида урана от легколетучих примесей. Способ охлаждения газовой смеси включает предварительную очистку сжатого атмосферного воздуха, предварительное захолаживание сжатого атмосферного воздуха, охлаждение сжатого атмосферного воздуха в турбодетандере до заданной температуры, отвод работы, затраченной на расширение, регулирование холодопроизводительности.

Использование: энергетические газотурбодетандерные установки с использованием избыточного давления топливного газа могут быть применены для электроснабжения компрессорных станций (КС) магистральных газопроводов.

Изобретение относится к газоредуцирующему оборудованию. Пневматический детандер-генераторный агрегат включает приводной пневмодвигатель.

Изобретение относится к области криогенной техники. Способ включает сжатие атмосферного воздуха до давления ниже критического, предварительное охлаждение сжатого воздуха, комплексную очистку, разделение сжатого очищенного воздуха на прямые детандерный и технологический потоки, охлаждение сжатых прямых потоков холодом обратных потоков, адиабатическое расширение прямого детандерного потока воздуха, ожижение, дросселирование прямого технологического потока воздуха.

Изобретение относится к отраслям промышленности, использующим ископаемое топливо, например электроэнергетике, химии, нефтехимии, металлургии, коксохимии. .

Изобретение относится к машиностроению, а именно к детандер-генераторным агрегатам (ДГА), и предназначено для утилизации тепловой энергии, содержащейся в транспортируемом по магистралям природном газе.

Изобретение относится к энергетике. Система для постепенного окисления топлива включает в себя окислительный реактор, который имеет реакционную камеру с входным отверстием и выходным отверстием.

Компрессорная станция магистрального газопровода с газотурбодетандерной энергетической установкой снабжена газотурбинными газоперекачивающими агрегатами с нагнетателями природного газа и аппаратами воздушного охлаждения.

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.

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.

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.

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 подводного обустройства морских нефтегазовых месторождений и предназначено для транспортировки природного газа по подводным трубопроводам.

Способ работы газотурбодетандерной энергетической установки тепловой электрической станции заключается в том, что атмосферный воздух сжимают в компрессоре, подают в камеру сгорания, сжигают топливо, продукты сгорания расширяют в газовой турбине, полезную работу газовой турбины используют для выработки электроэнергии, полезную работу турбодетандера используют для привода компрессора. В газотурбодетандерной энергетической установке дополнительно применяют регенеративный воздухоподогреватель, дожимной газовый компрессор, теплообменник утилизации теплоты уходящих газов газовой турбины, при этом теплообменники подогрева газа высокого давления и утилизации теплоты уходящих газов выполняют газоводяными. Газоводяной теплообменник утилизации теплоты уходящих газов соединяют трубопроводами горячего и охлажденного теплоносителя с газоводяным теплообменником подогрева газа высокого давления и с газоводяным теплообменником подогрева газа пониженного давления. Небольшую часть газа из газопровода высокого давления 1,0-0,6 МПа сжимают в дожимном газовом компрессоре и с давлением 2,5-3 МПа подают в камеру сгорании. Большую часть газа высокого давления подогревают теплом горячего теплоносителя в газоводяном теплообменнике подогрева газа высокого давления, расширяют в турбодетандере до давления 0,13-0,15 МПа и температуры 3-5°С. Затем этот газ подогревают теплом горячего теплоносителя в газоводяном теплообменнике пониженного давления и по газопроводу пониженного давления подают в котельные агрегаты тепловой электрической станции. Теплоноситель, охлажденный в газоводяных теплообменниках подогрева газа высокого и пониженного давления, направляют для подогрева в газоводяной теплообменник утилизации теплоты уходящих газов газовой турбины. При изменении давления газа в газопроводе высокого давления систему управления давлением газа пониженного давления используют для изменения положения регулирующего соплового аппарата турбодетандера и поддержания постоянного давления газа в газопроводе пониженного давления, подаваемого в котельные агрегаты тепловой электрической станции. 1 ил.

Наверх