СПОСОБ УМЕНЬШЕНИЯ МОЩНОСТИ МАНЕВРЕННОЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ ГАЗОТУРБИННОЙ УСТАНОВКИ НИЖЕ РЕГУЛИРОВОЧНОГО ПРЕДЕЛА Российский патент 2014 года по МПК F02C9/00 

Область использования

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.

Уровень техники

Известен принятый в качестве прототипа способ уменьшения мощности энергетической ГТУ для перевода ее в режим минимальной электрической нагрузки, заключающийся в том, что уменьшают подачу топлива и сжатого в компрессоре воздуха в камеру сгорания до допустимого нижнего предела регулировочного диапазона, определяемого предельно допустимым коэффициентом избытка воздуха (Современная теплоэнергетика / Трухний А.Д. // Росэнергосервис. 2004. Раздел 7.1, с. 1, 35. Интернет: http://lib.rosenergoservis.ru/sovremennaya-teploenergetika.html, http://lib.rosenergoservis.ru/sovremennaya-teploenergetika?start=34 [1]). Согласно [1] для поддержания в допустимых пределах температуры газов перед и за газовой турбиной при снижении нагрузки (уменьшении мощности ГТУ) необходимо вместе с уменьшением подачи топлива в камеру сгорания уменьшать и расход сжатого воздуха, нагнетаемого в нее компрессором так, чтобы не превышать заданное соотношение между ними (заданного предельно возможного коэффициента избытка воздуха). Для этого служит регулирующий количество поступающего на вход компрессора воздуха регулирующий (поворотный) воздушный направляющий аппарат (РВНА). Однако возможности использования такого способа уменьшения мощности ГТУ ограничены. Из данной публикации следует, что регулировочный диапазон мощности при таком способе регулирования составляет 100-80%, то есть 20% от номинальной мощности, при условии сохранения исходной экономичности работы ГТУ. Как показали проведенные заявителем испытания, при условии снижения температуры за газовой турбиной до предельно допустимого уровня способом согласно [1] можно обеспечить снижение мощности до 40% от номинальной, но не более и с некоторой потерей экономичности ГТУ. Кроме того, уменьшение температуры выхлопных газов за газовой турбиной применительно к ПГУ уменьшает экономичность не только ГТУ, но и паровой части (паротурбинной установки) парогазового цикла. Данный способ также не предусматривает при снижении мощности ГТУ ограничений по возможному увеличению сверх допустимых пределов выбросов оксидов азота в атмосферу.

Раскрытие изобретения

Задачей заявляемого изобретения является обеспечение возможности уменьшения мощности ГТУ при снижении электрической нагрузки до более значительных пределов по сравнению с установленным регулировочным диапазоном при соблюдении ограничений по допустимой минимальной температуре выхлопных газов ГТУ и допустимым выбросам в атмосферу оксидов азота. Техническим результатом изобретения является обеспечение возможности снижения расхода подаваемого в камеру сгорания воздуха до больших пределов, по сравнению с регулировочными возможностями РВНА.

Решение указанной задачи и достижение указанного технического результата обеспечивается тем, что при осуществлении способа уменьшения мощности энергетической ГТУ для перевода ее в режим минимальной электрической нагрузки, заключающегося в том, что уменьшают подачу топлива и сжатого в компрессоре воздуха в камеру сгорания до допустимого нижнего предела регулировочного диапазона, определяемого предельно допустимым коэффициентом избытка воздуха, согласно изобретению мощность ГТУ после достижения нижней границы регулировочного диапазона дополнительно уменьшают путем регулируемого перепуска части сжатого в компрессоре воздуха на его вход, контролируя степень перепуска по минимально допустимой температуре выхлопных газов ГТУ и допустимым выбросам в атмосферу оксидов азота.

Причинно-следственная связь между указанным техническим результатом и отличительными признаками изобретения состоит в следующем. Регулируемый перепуск части сжатого в компрессоре воздуха на его вход позволяет уменьшить подачу указанного воздуха в камеру сгорания при одновременном повышении за счет обратного хода его температуры, что предотвращает охлаждение газо-воздушной смеси на выходе из камеры сгорания. Кроме того, при таком методе уменьшения мощности ГТУ расширяются регулировочные возможности в установлении требуемого соотношения топливо-воздух, что позволяет удовлетворить все требования, связанные с поддержанием необходимых величин коэффициента избытка воздуха, величины выбросов оксидов азота и температуры выхлопных газов на выходе из газовой турбины.

Краткое описание чертежа

На чертеже представлена принципиальная схема ГТУ, реализующей данный способ.

Подробное описание изобретения

ГТУ содержит компрессор 1 с РВНА 1.1, камеру сгорания 2 с линией 2.1 подачи в нее топлива, на которой установлен штатный регулирующий клапан 2.2, газовую турбину 3, электрический генератор 4, комплексное воздухоочистительное устройство 5, регулятор 6, перепускной клапан 7 на линии 8 перепуска (рециркуляции) сжатого в компрессоре 1 воздуха, датчик 9 температуры наружного воздуха, датчик 10 температуры рабочего тела (газовоздушной смеси после точки смешения и датчик 11 температуры выхлопных газов ГТУ (из газовой турбины 3). Датчики 9, 10, 11 подключены ко входам регулятора 6, а выход последнего - к перепускному клапану 7. Штатно установленные на линии 2.1 подачи топлива в камеру сгорания 2 регулирующий клапан 2.2 и РВНА 1.1 компрессора 1 подключены к выходам не показанного на чертеже штатного регулятора мощности (ШРМ) ГТУ, входы которого подключены к также не показанным на чертеже штатным средству измерения нагрузки электрогенератора 4 и к устройству задания указанному регулятору требуемого значения мощности (задатчику мощности). Для контроля за величиной выбросов с выхлопными газами ГТУ также используются не показанные на чертеже штатные измерительные средства электростанции.

Способ уменьшения мощности согласно изобретению реализуют следующим образом. При работе ГТУ на частичных нагрузках и достижении заданного значения температуры газов на выхлопе газовой турбины 3 с дальнейшем ее снижением регулятор 6 осуществляет изменение расхода перепускаемого воздуха, управляя степенью открытия перепускного клапана 7 и поддерживая заданное значение температуры газов на выхлопе газовой турбины 3. Входным сигналом регулятора 6 служит сигнал датчика 11 температуры выхлопных газов, усредненный во времени. Для повышения быстродействия регулятора 6 в качестве дополнительных входных величин могут быть использованы другие параметры ГТУ, например сигналы от датчика 9 температуры наружного воздуха и датчика 10 температуры рабочего тела после смешения его компонентов. Регулятор 6 вырабатывает управляющий сигнал воздействия на перепускной клапан 7, открывая перепуск (рециркуляцию) части сжатого в компрессоре 1 воздуха по линии 8 обратно на вход компрессора. Совместное действие ШРМ ГТУ и регулятора 6 рециркуляции части сжатого воздуха обеспечивает возможность снижения мощности ГТУ ниже регулировочного предела, достигаемого штатными средствами регулирования, за счет дополнительного, по сравнению с возможностями РВНА 1.1, уменьшения подачи воздуха в камеру сгорания 2 при его к тому же более высокой степени нагрева за счет рециркуляции в компрессоре 1. Перепуск сжатого воздуха на рециркуляцию, помимо условия поддержания температуры выхлопных газов ГТУ не ниже предельно допустимой, ограничивается предельно допустимым содержанием оксидов азота в выхлопных газах, которое контролируется оператором на пульте управления ГТУ по показаниям соответствующих штатных приборов с возможностью внесения ручной корректировки положения перепускного клапана 7.

Промышленное применение

Расчеты, выполненные с помощью математической модели, использующей экспериментальные характеристики ГТУ номинальной мощностью 150 МВт, полученные в эксплуатационных условиях с использованием штатной системы измерений, показали эффективность данного способа. Проведенные на электростанции испытания разгружения ГТУ с открытием перепускного клапана 7 после достижения нижней границы регулировочного диапазона до 60 МВт (40% номинальной мощности) подтвердили расчеты. Перепуск на вход компрессора 2% сжатого воздуха обеспечивает дополнительную разгрузку ГТУ на 15 МВт (10% номинальной мощности) при установленных поставщиком ограничениях по отмеченным выше параметрам, что в совокупности с первоначальной разгрузкой составляет 50% номинальной мощности.

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. Способ уменьшения мощности энергетической ГТУ для перевода ее в режим минимальной электрической нагрузки заключается в том, что сначала уменьшают подачу топлива и сжатого в компрессоре воздуха в камеру сгорания до допустимого нижнего предела регулировочного диапазона, определяемого предельно допустимым коэффициентом избытка воздуха. Мощность ГТУ после достижения нижней границы регулировочного диапазона дополнительно уменьшают путем регулируемого перепуска части сжатого в компрессоре воздуха на его вход, контролируя степень перепуска по минимально допустимой температуре выхлопных газов ГТУ и допустимым выбросам в атмосферу оксидов азота. Техническим результатом изобретения является возможность снижения расхода подаваемого в камеру сгорания воздуха до больших пределов, по сравнению с использованием для этих целей регулирующего воздушного направляющего аппарата. Кроме того, при таком способе уменьшения мощности ГТУ расширяются регулировочные возможности в установлении требуемого соотношения топливо-воздух. 1 ил.

Способ уменьшения мощности энергетической газотурбинной установки для перевода ее в режим минимальной электрической нагрузки, заключающийся в том, что уменьшают подачу топлива и сжатого в компрессоре воздуха в камеру сгорания до допустимого нижнего предела регулировочного диапазона, определяемого предельно допустимым коэффициентом избытка воздуха, отличающийся тем, что мощность газотурбинной установки после достижения нижней границы регулировочного диапазона дополнительно уменьшают путем регулируемого перепуска части сжатого в компрессоре воздуха на его вход, контролируя степень перепуска по минимально допустимой температуре выхлопных газов газотурбинной установки и допустимым выбросам в атмосферу оксидов азота.