РЕГЕНЕРАТИВНАЯ ГАЗОТУРБИННАЯ УСТАНОВКА Российский патент 2011 года по МПК F02C7/10 

Регенеративная газотурбинная установка может использоваться в области энергетики на газотурбинных и парогазовых электростанциях, а также в качестве приводного агрегата на компрессорных станциях газопроводов и в морском флоте.

Известны регенеративные газотурбинные установки простой схемы, содержащие воздушный компрессор, камеру сгорания, газовую турбину и регенератор. Газы, отработавшие в газовой турбине направляются в регенератор, где отдают часть тепла воздуху, сжатому в компрессоре, за счет чего уменьшается расход топлива в камере сгорания, экономичность регенеративной газотурбинной установки возрастает по сравнению с экономичностью простой газотурбинной установки без регенерации (А.Г.Костюк, А.Н.Шерстюк. Газотурбинные установки. М.: Высшая школа. 1979, рис.1.4, с.15). Но при этом из-за потерь в воздушном и газовом трактах выигрыш в КПД в простых регенеративных установках значительно меньший, чем теоретический, полученный без учета дополнительных потерь давления в регенераторе.

Известны регенеративные газотурбинные установки, содержащие компрессор низкого давления, промежуточный холодильник, компрессор высокого давления, регенератор, камеру сгорания высокого давления, газовую турбину высокого давления, камеру сгорания низкого давления, газовую турбину низкого давления, приводной агрегат, например электрогенератор. Выход компрессора низкого давления соединен по сжатому воздуху воздуховодом через промежуточный воздухоохладитель с входом компрессора высокого давления. Выход последнего соединен по сжатому воздуху высокого давления через воздушную сторону регенератора высокого давления и камеру высокого сгорания с входом газовой турбины высокого давления. Выход газовой турбины высокого давления соединен через камеру сгорания низкого давления с газовой турбиной низкого давления. Отработавшие в ней газы поступают в газовую часть регенератора, отдают часть теплоты сжатому воздуху высокого давления и сбрасываются в атмосферу. Введение промежуточного охлаждения воздуха вызывает уменьшение работы компрессора высокого давления, увеличение полезной работы установки и ее КПД (А.Г.Костюк, А.Н.Шерстюк. Газотурбинные установки. М.: Высшая школа. 1979, рис.1.9, с.26).

Недостатками описанной установки является недостаточно высокая степень регенерации и повышенная температура уходящих газов. Рассмотренная регенеративная газотурбинная установка принята за прототип изобретения.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является устранение отмеченных недостатков и повышение тепловой экономичности регенеративной газотурбинной установки.

Технический результат достигается за счет того, что предлагаемая регенеративная газотурбинная установка, содержащая компрессор низкого давления, воздуховод низкого давления, промежуточный воздухоохладитель, компрессор высокого давления, воздуховод высокого давления, регенератор высокого давления, камеру сгорания высокого давления, газоход высокого давления, газовую турбину высокого давления, силовую газовую турбину, приводной агрегат, например электрогенератор, выхлопной газоход газовой турбины высокого давления; выход компрессора низкого давления соединен воздуховодом низкого давления через промежуточный воздухоохладитель с компрессором высокого давления, компрессор высокого давления через воздуховод высокого давления, воздушную сторону регенератора высокого давления, камеру сгорания высокого давления и газоход высокого давления связан с газовой турбиной высокого давления, выход газовой турбины высокого давления соединен с атмосферой через выхлопной газоход газовой турбины высокого давления и газовую сторону регенератора высокого давления; ротор силовой газовой турбины соединен валом с приводным агрегатом, ротор газовой турбины высокого давления соединен общим валом с роторами компрессора низкого давления и компрессора высокого давления, причем она снабжена дополнительным воздуховодом низкого давления, регенератором низкого давления, камерой сгорания низкого давления, газоходом низкого давления, силовой газовой турбиной, выхлопным газоходом силовой газовой турбины, общим выхлопным газоходом установки; выход промежуточного воздухоохладителя соединен дополнительным воздуховодом низкого давления через регенератор низкого давления, камеру сгорания низкого давления и газоход низкого давления с силовой газовой турбиной; выхлопной газоход газовой турбины высокого давления объединен с выхлопным газоходом силовой газовой турбины общим выхлопным газоходом; общий выхлопной газоход через последовательно включенные в него газовые стороны регенератора высокого давления и регенератора низкого давления связан с атмосферой; ротор силовой газовой турбины соединен общим валом с приводным агрегатом, например с электрогенератором.

В предлагаемой установке, по сравнению с прототипом, уменьшен расход воздуха через компрессор высокого давления, воздушную сторону регенератора высокого давления и расход продуктов сгорания через газовую турбину высокого давления так, чтобы ее мощность равнялась мощности, потребляемой компрессорами низкого и высокого давления. При этом через газовые стороны регенераторов высокого и низкого давления проходит суммарный поток продуктов сгорания, отработавших как в газовой турбине высокого давления, так и в силовой газовой турбине, что позволяет:

- при одинаковой температуре газов перед газовой турбиной высокого давления и силовой газовой турбиной, за счет меньшей степени понижения давления в силовой газовой турбине, повысить температуру газов на входе в регенератор высокого давления, а также, из-за снижения расхода воздуха через воздушную сторону регенератора высокого давления, обеспечить увеличение степени регенерации в нем, при одновременном снижении его металлоемкости;

- снизить гидравлическое сопротивление по воздушной стороне регенератора высокого давления;

- увеличить степень регенерации в регенераторе низкого давления за счет предварительного охлаждения воздуха в промежуточном холодильнике и уменьшения его температуры на входе в регенератор низкого давления;

- снизить гидравлическое сопротивление по воздушной стороне регенератора низкого давления;

- за счет снижения температуры газов, уходящих из регенеративной газотурбинной установки, повысить ее термический и электрический КПД.

На чертеже изображена тепловая схема предлагаемой регенеративной газотурбинной установки. Она включает: компрессор низкого давления 1, компрессор высокого давления 2, общий выхлопной газоход установки 3, газовую турбину высокого давления 4, выхлопной газоход газовой турбины высокого давления 5, силовую газовую турбину 6, выхлопной газоход силовой газовой турбины 7, приводной агрегат, например электрогенератор 8, воздуховод низкого давления 9, промежуточный воздухоохладитель 10, входной воздуховод 11 компрессора высокого давления, воздуховод высокого давления 12, регенератор высокого давления 13, камеру сгорания высокого давления 14, газоход высокого давления 15, дополнительный воздуховод низкого давления 16, регенератор низкого давления 17, камеру сгорания низкого давления 18, газоход низкого давления 19. Выход компрессора низкого давления 1 соединен воздуховодом низкого давления 9, через воздушную сторону промежуточного воздухоохладителя 10 и входной воздуховод 11 компрессора высокого давления с входом компрессора высокого давления 2, выход которого соединен воздуховодом высокого давления 12 через воздушную сторону регенератора высокого давления 13, камеру сгорания высокого давления 14 и газоход высокого давления 15 с входом газовой турбины высокого давления 4, выхлопной газоход газовой турбины высокого давления 5 объединен с выхлопным газоходом 7 силовой газовой турбины 6 общим выхлопным газоходом установки 3, который через газовые стороны регенератора высокого давления 13 и регенератора низкого давления 17 соединен с атмосферой; входной воздуховод 11 компрессора высокого давления 2 соединен дополнительным воздуховодом низкого давления 16 через воздушную сторону регенератора низкого давления 17, камеру сгорания низкого давления 18 и дополнительный газоход низкого давления 19 с силовой газовой турбиной 6; выхлопной газоход 7 силовой газовой турбины 6 соединен с общим выхлопным газоходом 3; ротор газовой турбины высокого давления 4 соединен общим валом с роторами компрессоров низкого 1 и высокого 2 давления, ротор силовой газовой турбины 5 соединен общим валом с ротором приводного агрегата, например электрогенератора 8.

Регенеративная газотурбинная установка согласно изобретению работает следующим образом. Атмосферный воздух сжимается в компрессоре низкого давления 1, по воздуховоду низкого давления 9 подается в воздушную сторону промежуточного воздухоохладителя 10, охлаждается в нем внешним теплоносителем и поступает во входной воздуховод 11 компрессора высокого давления 2. В компрессоре высокого давления 2 сжимается меньшая часть воздуха, охлажденного в промежуточном воздухоохладителе 10, и по воздуховоду высокого давления 12 сжатый воздух подается в воздушную сторону регенератора высокого давления 13, где подогревается теплотой отходящих газов газовых турбин высокого давления 4 и силовой газовой турбины 6, подаваемых в газовую сторону регенератора высокого давления 13 по общему выхлопному газоходу установки 3. Воздух высокого давления, подогретый в регенераторе высокого давления 13, поступает вместе с топливом в камеру сгорания высокого давления 14. Продукты сгорания высокого давления по газоходу высокого давления 15 подаются на вход газовой турбины высокого давления 4, расширяются в ней с совершением полезной работы, используемой для привода компрессоров низкого давления 1 и высокого давления 2. Отработавшие в газовой турбине высокого давления 4 газы по выхлопному газоходу 5 подаются в общий выхлопной газоход установки 3. Большая часть воздуха низкого давления, охлажденного в промежуточном воздухоохладителе 10, по дополнительному воздуховоду низкого давления 16 подводится в воздушную сторону регенератора низкого давления 17 и нагревается в нем за счет теплоты газов, поступающих в его газовую сторону из регенератора высокого давления 13. Воздух низкого давления, подогретый в регенераторе низкого давления 17, и топливо подаются в камеру сгорания низкого давления 18. Продукты сгорания по газоходу низкого давления 19 подводятся к силовой газовой турбине 6 и расширяются в ней с совершением полезной работы, используемой для привода электрогенератора 8. Отработавшие в силовой газовой турбине 6 продуты сгорания по выхлопному газоходу 7 силовой газовой турбины 6 направляются в общий выхлопной газоход установки 3 и смешиваются с продуктами сгорания, подводимыми в него по выхлопному газоходу 5 газовой турбины высокого давления 4. Объединенный поток газов по общему выхлопному газоходу 3 проходит через последовательно включенные газовые стороны регенераторов высокого 13 и низкого давления 17, охлаждается в них, передавая теплоту сжатому воздуху высокого, а затем низкого давления, после чего сбрасывается в атмосферу.

Регенеративная газотурбинная установка содержит компрессор низкого давления, воздуховод низкого давления, промежуточный воздухоохладитель, компрессор высокого давления, воздуховод высокого давления, регенератор высокого давления, камеру сгорания высокого давления, газоход высокого давления, газовую турбину высокого давления, силовую газовую турбину, приводной агрегат, например электрогенератор, выхлопной газоход газовой турбины высокого давления. Выход компрессора низкого давления соединен воздуховодом низкого давления через промежуточный воздухоохладитель с компрессором высокого давления. Компрессор высокого давления через воздуховод высокого давления, воздушную сторону регенератора высокого давления, камеру сгорания высокого давления и газоход высокого давления связан с газовой турбиной высокого давления. Выход газовой турбины высокого давления через выхлопной газоход газовой турбины высокого давления и газовую сторону регенератора высокого давления соединен с атмосферой. Ротор силовой газовой турбины соединен валом с приводным агрегатом. Ротор газовой турбины высокого давления соединен общим валом с роторами компрессора низкого давления и компрессора высокого давления. Регенеративная газотурбинная установка снабжена дополнительным воздуховодом низкого давления, регенератором низкого давления, камерой сгорания низкого давления, газоходом низкого давления, выхлопным газоходом силовой газовой турбины, общим выхлопным газоходом установки. Выход промежуточного воздухоохладителя соединен дополнительным воздуховодом низкого давления через регенератор низкого давления, камеру сгорания низкого давления и газоход низкого давления с силовой газовой турбиной. Выхлопной газоход газовой турбины высокого давления объединен с выхлопным газоходом силовой газовой турбины общим выхлопным газоходом установки. Общий выхлопной газоход установки через последовательно включенные в него газовые стороны регенератора высокого давления и регенератора низкого давления связан с атмосферой. Ротор силовой газовой турбины соединен общим валом с приводным агрегатом, например, с электрогенератором. Изобретение направлено на повышение тепловой экономичности регенеративной газотурбинной установки. 1 ил.

Регенеративная газотурбинная установка, содержащая компрессор низкого давления, воздуховод низкого давления, промежуточный воздухоохладитель, компрессор высокого давления, воздуховод высокого давления, регенератор высокого давления, камеру сгорания высокого давления, газоход высокого давления, газовую турбину высокого давления, силовую газовую турбину, приводной агрегат, например электрогенератор, выхлопной газоход газовой турбины высокого давления; выход компрессора низкого давления соединен воздуховодом низкого давления через промежуточный воздухоохладитель с компрессором высокого давления, компрессор высокого давления через воздуховод высокого давления, воздушную сторону регенератора высокого давления, камеру сгорания высокого давления и газоход высокого давления связан с газовой турбиной высокого давления, выход газовой турбины высокого давления через выхлопной газоход газовой турбины высокого давления и газовую сторону регенератора высокого давления соединен с атмосферой; ротор силовой газовой турбины соединен валом с приводным агрегатом, ротор газовой турбины высокого давления соединен общим валом с роторами компрессора низкого давления и компрессора высокого давления, отличающаяся тем, что она снабжена дополнительным воздуховодом низкого давления, регенератором низкого давления, камерой сгорания низкого давления, газоходом низкого давления, выхлопным газоходом силовой газовой турбины, общим выхлопным газоходом установки; выход промежуточного воздухоохладителя соединен дополнительным воздуховодом низкого давления через регенератор низкого давления, камеру сгорания низкого давления и газоход низкого давления с силовой газовой турбиной; выхлопной газоход газовой турбины высокого давления объединен с выхлопным газоходом силовой газовой турбины общим выхлопным газоходом установки; общий выхлопной газоход установки через последовательно включенные в него газовые стороны регенератора высокого давления и регенератора низкого давления связан с атмосферой; ротор силовой газовой турбины соединен общим валом с приводным агрегатом, например, с электрогенератором.