ГАЗОТУРБИННАЯ УСТАНОВКА Российский патент 2007 года по МПК F02C3/00 F25B11/00 

Изобретение относится к области энергомашиностроения, и в частности к газотурбинным установкам (ГТУ).

Известна газотурбинная установка, повышение экономичности которой достигается путем утилизации тепла отходящих газов с помощью котла-утилизатора, установленного в газоходе после газовой турбины (см. патент RU №2123608, кл. F02С 6/18, 20.12.1998).

Основной недостаток ее состоит в том, что уровень ее экономичности зависит от отпуска тепла потребителю, который ограничен его потребностью особенно в теплое время года.

Известна ГТУ, в которой ее сочетание с парогенератором и паровой турбиной позволило повысить экономичность и мощность установки (см. патент RU №2101527, кл. F02С 6/18, 10.01.1998).

Ее недостаток заключается в невозможности поднять мощность и КПД ГТУ из-за снижения температуры воздуха перед турбокомпрессором.

Известна также ГТУ, в которой предусматривается добавление к воздуху, поступающему в турбокомпрессор ГТУ, предварительно сжатого в специальном автономном компрессоре и охлажденного в турбодетандере воздуха (см. патент RU №2145386, кл. F02С 7/143, 10.02.2000).

Это позволяет повысить мощность газовой турбины. Однако он не предусматривает утилизации тепла отходящих газов ГТУ.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому является газотурбинная установка, содержащая воздушный компрессор, снабженный охладителем воздуха, холодильник которого включен в циркуляционный контур хладагента, охлаждаемого абсорбционной холодильной машиной (АХМ), и соединенный с камерами сгорания ГТУ, соединенными с газовой турбиной, снабженной газоходом, со встроенным в него тепловоспринимающим элементом АХМ (см. патент US №5655373, кл. F02С 7/143, 12.08.1997).

Недостатком известной ГТУ является то, что ее весьма трудно адаптировать к условиям энергосбережения потребителей электроэнергии по следующим причинам:

- снижение ее эксплуатационной готовности, являющейся основным преимуществом действующих ГТУ, из-за существенного замедления по сравнению с ними ее пуска, поскольку для ее вывода на штатный режим необходимо насыщение холодом всей массы циркулирующего хладагента;

- невозможность, в связи с этим, использования ГТУ для быстрого покрытия ею пиковых нагрузок, возникающих в системе. Указанное обстоятельство приводит к значительному перерасходу топлива на пуск ГТУ по сравнению с действующими ГТУ и к соответствующему удорожанию пуска ГТУ по сравнению с затратами на пуск действующих ГТУ;

- при работе ГТУ в автономном режиме в системе с переменным энергопотреблением возможная скорость изменения ее нагрузки будет недостаточна для ее стыковки с потребителем.

Техническим результатом, на достижение которого направлено изобретение, является повышение эксплуатационной готовности и адаптации установки к условиям энергоснабжения потребителей электроэнергии.

Технический результат достигается за счет того, что газотурбинная установка содержит воздушный компрессор, снабженный охладителем воздуха, холодильник которого включен в циркуляционный контур хладагента, охлаждаемого абсорбционной холодильной машиной, и соединенный с камерами сгорания, соединенными с газовой турбиной, снабженной газоходом со встроенным в него тепловоспринимающим элементом абсорбционной холодильной машины, при этом тепловоспринимающий элемент выполнен в виде теплообменника с промежуточным теплоносителем, нагреваемая часть которого размещена в газоходе в потоке отходящих газов в зоне, где температура не ниже 150°С при температуре кипения промежуточного теплоносителя не ниже 130°С, а охлаждаемая часть теплообменника размещена внутри кипятильника абсорбционной холодильной машины, в качестве хладагента которой используют тосол, рассолы или фреоны.

Технический результат достигается также тем, что охладитель воздуха выполнен многоступенчатым.

Технический результат достигается также тем, что охладитель воздуха выполнен многоступенчатым и между его ступенями встроен сепаратор твердых частиц и капель жидкости.

На фиг.1 представлена принципиальная технологическая схема ГТУ, оснащенной холодильной абсорбционной машиной.

На фиг.2 представлена принципиальная технологическая схема абсорбционной холодильной машины.

Фиг.3 представлена принципиальная технологическая схема ГТУ с многосекционным охлаждением воздуха.

Фиг.4 представлена принципиальная технологическая схема ГТУ с охлаждением воздуха и встроенным сепаратором твердых частиц и капель жидкости.

Газотурбинная установка (см. фиг.1) содержит воздушный компрессор 1, соединенный нагнетательной стороной с камерами сгорания 2, соединенными с газовой турбиной 3, снабженной газоходом 4 со встроенным в него тепловоспринимающим элементом 5, и снабженный с всасывающей стороны охладителем воздуха 10 с встроенным в него холодильником 9, при этом последний включен в циркуляционный контур хладагента, охлаждаемого абсорбционной холодильной машиной 7, в качестве хладагента которой используют тосол, или рассолы, или фреоны. Тепловоспринимающий элемент 5 выполнен в виде теплообменника с промежуточным теплоносителем, нагреваемая часть которого размещена в газоходе 4 в потоке отходящих газов в зоне, где температура не ниже 150°С при температуре кипения промежуточного теплоносителя не ниже 130°С, а охлаждаемая часть 6 теплообменника размещена внутри кипятильника 13 абсорбционной холодильной машины 7. Кроме того, ГТУ снабжена воздушным фильтром 11 и электрогенератором 12, а абсорбционная холодильная машина 7 (см. фиг.2) снабжена циркуляционным насосом 8 хладагента, конденсатором 14, регулирующим вентилем 15, абсорбером 16, насосом 17 для крепкого раствора, дроссельным вентилем 18 для слабого раствора и регенеративным теплообменником 19.

В частном случае (см. фиг.3), охладитель воздуха 10 может быть выполнен многоступенчатым, причем его ступени встроены в воздуховоды перед соответствующими ступенями сжатия компрессора 1.

В другом частном случае (см. фиг.4) охладитель воздуха 10 может быть выполнен многоступенчатым, при этом между ступенями охладителя воздуха 10 встроен сепаратор 20 твердых частиц и капель жидкости.

В ГТУ могут быть использованы абсорбционные холодильные машины 7 различных типов, в частности абсорбционные холодильные машины 7 с рабочим теплом на основе бромистого лития и хладагентом - водой, если достаточно охлаждение воздуха перед компрессором ГТУ не ниже +5°С. Эта абсорбционная холодильная машина 7 относительно дешевая, экологически чистая, компактна и может быть использована для обслуживания как вновь сооружаемых, так и действующих ГТУ.

В ГТУ согласно изобретению используют абсорбционную холодильную машину 7 с рабочим теплом на основе водно-аммиачных растворов и хладагентом - тосолом, или фреонами, или рассолами. Такая абсорбционная холодильная машина наиболее предпочтительна, поскольку позволяет достигнуть охлаждения воздуха перед компрессором ГТУ, в данном случае турбокомпрессором, до -25°С (для одноступенчатой абсорбционной холодильной машины) или до -50°С и ниже (для двухступенчатой абсорбционной холодильной машины).

Дополнительно на чертежах обозначены следующие потоки:

- I - воздух на входе в фильтр 11;

- II - газ отопительный перед камерами сгорания ГТУ;

- III - отходящие газы ГТУ, перед выходом в атмосферу;

- IV - хладагент (охлажденный);

- V - хладагент (подогретый).

ГТУ согласно изобретению (см фиг.3), работает следующим образом.

Воздух (поток I) проходит через фильтр 11 и освобождается от механических примесей, затем поступает в охладитель 10, где охлаждается холодильником 9, встроенным в циркуляционный контур хладагента (потоки IV-V), охлаждаемого абсорбционной холодильной машиной 7. Охлажденный воздух поступает в компрессор 1. Благодаря повышению удельной массы воздуха при его охлаждении увеличивается массовая производительность компрессора 1. В соответствии с этим, увеличивается масса воздуха, поступающая в камеры сгорания 2, что позволяет увеличить их теплопроизводительность.

Продукты сгорания поступают из камер сгорания 2 в газовую турбину 3.

Затем отходящие газы (поток III) отводятся через газоход 4, в который встроена нагреваемая часть тепловоспринимающего элемента 5, который по существу является частью утилизатора тепла отходящих газов ГТУ, выполненного в виде абсорбционной холодильной машины 7, в кипятильник 13 которой встроена охлаждаемая часть 6 тепловоспринимающего элемента 5. Таким образом, тепло отходящих газов (поток III) преобразуется в холод, который передается циркулирующему хладагенту (потоки IV и V), направляемому насосом 8 в холодильник 9 охладителя воздуха 10.

Аналогично осуществляется рабочий процесс ГТУ с использованием настоящего изобретения по схемам, изображенным на фиг.3 и фиг.4.

Таким образом, достигается технический результат, на достижение которого направлено изобретение, повышается экономичность и мощность ГТУ путем снижения температуры воздуха в компрессоре за счет использования тепла отходящих газов ГТУ в холодильной машине.

В результате использования установки в соответствии с настоящим изобретением достигаются следующие преимущества:

- не требует использования неэкономичного оборудования, такого, как турбодетандер;

- предусматривает утилизацию тепла отходящих газов ГТУ (ПТУ);

- позволяет охлаждать воздух, поступающий в турбокомпрессор, благодаря теплу отходящих газов ГТУ.

Настоящее изобретение может быть использовано в энергетической, газовой, нефтяной и других отраслях промышленности.

Изобретение относится к газотурбинным установкам. Газотурбинная установка содержит воздушный компрессор, снабженный охладителем воздуха, холодильник которого включен в циркуляционный контур хладагента, охлаждаемого абсорбционной холодильной машиной (АХМ), и соединенный с камерами сгорания ГТУ, соединенными с газовой турбиной, снабженной газоходом со встроенным в него тепловоспринимающим элементом АХМ, тепловоспринимающий элемент выполнен в виде теплообменника с промежуточным теплоносителем, нагреваемая часть которого размещена в газоходе в потоке отходящих газов в зоне, где температура не ниже 150°С при температуре кипения промежуточного теплоносителя не ниже 130°С, а охлаждаемая часть теплообменника размещена внутри кипятильника АХМ, при этом в качестве хладагента используют тосол, или рассолы, или фреоны. Изобретение позволяет повысить экономичность и мощность ГТУ. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Газотурбинная установка, содержащая воздушный компрессор, снабженный охладителем воздуха, холодильник которого включен в циркуляционный контур хладагента, охлаждаемого абсорбционной холодильной машиной, и соединенный с камерами сгорания, соединенными с газовой турбиной, снабженной газоходом со встроенным в него тепловоспринимающим элементом абсорбционной холодильной машины, отличающаяся тем, что тепловоспринимающий элемент выполнен в виде теплообменника с промежуточным теплоносителем, нагреваемая часть которого размещена в газоходе в потоке отходящих газов в зоне, где температура не ниже 150°С при температуре кипения промежуточного теплоносителя не ниже 130°С, а охлаждаемая часть теплообменника размещена внутри кипятильника абсорбционной холодильной машины, при этом в качестве хладагента используют тосол, или рассолы, или фреоны.2. Газотурбинная установка по п.1, отличающаяся тем, что охладитель воздуха выполнен многоступенчатым.3. Газотурбинная установка по п.1, отличающаяся тем, что охладитель воздуха выполнен многоступенчатым и между его ступенями встроен сепаратор твердых частиц и капель жидкости.