КОМБИНИРОВАННАЯ УТИЛИЗАЦИОННАЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ ГАЗОТУРБИННАЯ УСТАНОВКА КОМПРЕССОРНОЙ СТАНЦИИ МАГИСТРАЛЬНОГО ГАЗОПРОВОДА Российский патент 2018 года по МПК F02C6/18 F02C7/08 

Описание патента на изобретение RU2675427C1

Изобретение относится к области транспорта газа по магистральным газопроводам и может быть использовано при создании высокоэкономичных утилизационных энергетических газотурбинных установок собственных нужд на компрессорных станциях магистральных газопроводов.

Известна энергоутилизационная паротурбинная установка с пентановым рабочим циклом, применимая для выработки электроэнергии на ГРС (Бухолдин Ю.С., Олефиренко В.М. Энергоутилизационная установка с пентановым рабочим циклом. // Газотурбинные технологии 2008. №1. С. 68-79). Несмотря на повышенную экономичность, недостатками утилизационных паротурбинных установок являются увеличение числа входящих в них агрегатов, потребность в использовании воды для конденсации пара низкокипящих жидкостей.

Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемому изобретению является утилизационная энергетическая газотурбинная установка (УЭГТУ) для выработки электроэнергии собственных нужд на компрессорной станции. УЭГТУ состоит из приводной газотурбинной установки (ГТУ) компрессорной станции и утилизационной газотурбинной установки (УГТУ). При этом приводная ГТУ содержит газогенератор, силовую газовую турбину, нагнетатель природного газа, регенеративный теплообменный аппарат, установленный в выхлопном газоходе силовой газовой турбины. УГТУ содержит компрессор, камеру сгорания, газовую турбину, электрогенератор. Вход компрессора утилизационной газотурбинной установки связан с атмосферой, а выход компрессора связан через регенеративный теплообменный аппарат с камерой сгорания, соединенной с входом газовой турбины. Расширенные в силовой газовой турбине приводной ГТУ продукты сгорания передают теплоту в регенеративном теплообменном аппарате сжатому в компрессоре УГТУ воздуху и сбрасываются в атмосферу. В камеру сгорания приводной ГТУ и в камеру сгорания УГТУ подают топливо. Газовая турбина и компрессор УГТУ имеют общий вал с электрогенератором.

Утилизация теплоты уходящих газов силовой турбины приводной ГТУ в теплообменнике позволяет повысить тепловую экономичность УГТУ, а сжигание топлива в камере сгорания утилизационной энергетической газотурбинной установки увеличивает выработку электроэнергии в электрогенераторе, которая может быть использована для энергоснабжения собственных нужд компрессорной станции и для энергоснабжения внешних потребителей. (Р.З. Тумашев, С.С. Михеев, Б.А. Куникеев. Производство электроэнергии на компрессорных станциях утилизационными газотурбинными установками. Вестник МГТУ им. Баумана. Сер. «Машиностроение») 2016, №1, С. 44-53, Рис. 1).

Данное техническое решение принято за прототип предлагаемого изобретения.

Недостатком этой УЭГТУ является потеря теплоты уходящих газов газовой турбины УГТУ и ее небольшая электрическая мощность.

Технической задачей изобретения является повышение электрической мощности и тепловой экономичности утилизационной энергетической газотурбинной установки.

Поставленная задача достигается за счет того, что комбинированная утилизационная энергетическая газотурбинная установка компрессорной станции магистрального газопровода состоит из приводной газотурбинной установки, содержащей газогенератор, силовую газовую турбину, нагнетатель природного газа, регенеративный теплообменный аппарат, установленный в выхлопном газоходе силовой газовой турбины, и утилизационной газотурбинной установки, содержащей компрессор, камеру сгорания, газовую турбину, электрогенератор; при этом выход силовой газовой турбины связан с атмосферой через регенеративный теплообменный аппарат, а выход компрессора утилизационной газотурбинной установки связан напорным воздуховодом и трубопроводом сжатого воздуха через теплообменную поверхность регенеративного теплообменного аппарата и камеру сгорания утилизационной газотурбинной установки с газовой турбиной утилизационной газотурбинной установки, причем она снабжена дополнительным регенеративным теплообменным аппаратом, и дополнительным трубопроводом сжатого воздуха, причем дополнительный регенеративный теплообменный аппарат установлен в выхлопном газоходе газовой турбины утилизационной газотурбинной установки, выход компрессора утилизационной газотурбинной установки соединен дополнительным трубопроводом сжатого воздуха через теплообменную поверхность дополнительного регенеративного теплообменного аппарата и трубопровод подогретого сжатого воздуха с камерой сгорания утилизационной газотурбинной установки.

На Фиг. 1 представлена тепловая схема комбинированной утилизационной энергетической газотурбинной установки компрессорной станции магистрального газопровода. Она содержит газогенератор 1, силовую газовую турбину 2, нагнетатель 3, регенеративный теплообменный аппарат 4, компрессор 5, газовую турбину 6, электрогенератор - 7, камеру сгорания 8, напорный воздуховод 9, трубопровод сжатого воздуха 10, дополнительный трубопровод сжатого воздуха 11, дополнительный регенеративный теплообменный аппарат 12, трубопровод подогретого сжатого воздуха 13.

Вход компрессора газогенератора 1 связан с атмосферой, а выход газогенератора связан по продуктам сгорания с входом силовой газовой турбины 2. Силовая газовая турбина 2 связана валом с нагнетателем 3. Выход силовой газовой турбины 2 связан по продуктам сгорания через регенеративный теплообменный аппарат 4 с атмосферой. Вход компрессора 5 соединен с атмосферой, а его выход связан по сжатому воздуху через напорный воздуховод 9, трубопровод сжатого воздуха 10, теплообменную поверхность регенеративного теплообменного аппарата 4, трубопровод подогретого сжатого воздуха 13 и камеру сгорания 8 с входом газовой турбины 6. Ее выход по продуктам сгорания связан через дополнительный регенеративный теплообменный аппарат 12 с атмосферой. Напорный воздуховод 9 связан дополнительным трубопроводом 11 сжатого воздуха через теплообменную поверхность дополнительного регенеративного теплообменного аппарата 12 с камерой сгорания 8.

Комбинированная утилизационная газотурбинная установка компрессорной станции магистрального газопровода работает следующим образом. Атмосферный воздух сжимают в компрессоре газогенератора 1, продукты сгорания из него подают на вход силовой газовой турбины 2. Ее полезную работу используют для привода нагнетателя 3, сжимающего природный газ. Воздух, сжатый в компрессоре 5, подают в напорный воздуховод 9. Продукты сгорания, расширенные в силовой газовой турбине 2 подают в теплообменную поверхность регенеративного теплообменного аппарата 4, где их теплоту используют для подогрева первой части воздуха (порядка 45-50%) от полного количества воздуха, сжатого в компрессоре 5. Эту часть воздуха подают по напорному воздуховоду 9 и трубопроводу сжатого воздуха 10 в теплообменную поверхность регенеративного теплообменного аппарата 4. Из него по трубопроводу подогретого сжатого воздуха 13 его подают в камеру сгорания 8. Вторую часть воздуха, сжатого в компрессоре 5, отбирают из напорного воздуховода 9 и по дополнительному трубопроводу сжатого воздуха 11 подают через теплообменную поверхность дополнительного регенеративного теплообменного аппарата 12 в камеру сгорания 8, куда также подводят топливо. Продукты сгорания расширяют в газовой турбине 6 и направляют в атмосферу через дополнительный регенеративный теплообменный аппарат 12. Теплоту этих продуктов сгорания используют в регенеративном теплообменном аппарате 12 для подогрева второй части сжатого воздуха, подаваемого в камеру сгорания 8. Полезную работу утилизационной газотурбинной установки используют для привода компрессора 5 и электрогенератора 7, вырабатывающего электроэнергию.

В регенеративном теплообменном аппарате 4 утилизируют теплоту выхлопных газов силовой газовой турбины 2, а в дополнительном регенеративном теплообменном аппарате 12 утилизируют теплоту выхлопных газов газовой турбины 6, что позволяет увеличить расход воздуха сжимаемого в компрессоре 5 и, соответственно, увеличить расход сжатого воздуха и топлива, подаваемых в камеру сгорания 8, мощность газовой турбины 6 и электрогенератора 7. Таким образом, применение в комбинированной утилизационной энергетической газотурбинной установке магистрального газопровода дополнительного регенеративного теплообменного аппарата и дополнительного трубопровода сжатого воздуха позволяет:

- повысить тепловую экономичность комбинированной утилизационной энергетической газотурбинной установки;

- при той же приводной газоперекачивающей установке, что и в прототипе, существенно увеличить электрическую мощность комбинированной утилизационной газотурбинной установки;

- увеличить мощность электрогенератора, выработку электрической энергии для энергоснабжения собственных нужд компрессорной станции и внешних потребителей.

Похожие патенты RU2675427C1

название год авторы номер документа
КОМПРЕССОРНАЯ СТАНЦИЯ МАГИСТРАЛЬНОГО ГАЗОПРОВОДА 2018
  • Фиников Владимир Львович
  • Шабанов Константин Юрьевич
  • Гордеев Андрей Анатольевич
  • Шелудько Леонид Павлович
  • Бирюк Владимир Васильевич
RU2686961C1
КОМБИНИРОВАННАЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ ГАЗОТУРБОДЕТАНДЕРНАЯ УСТАНОВКА КОМПРЕССОРНОЙ СТАНЦИИ МАГИСТРАЛЬНОГО ГАЗОПРОВОДА 2018
  • Гордеев Андрей Анатольевич
  • Шурухин Игорь Николаевич
  • Шелудько Леонид Павлович
  • Бирюк Владимир Васильевич
RU2712339C1
КОМБИНИРОВАННАЯ УТИЛИЗАЦИОННАЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ ГАЗОТУРБИННАЯ УСТАНОВКА КОМПРЕССОРНОЙ СТАНЦИИ МАГИСТРАЛЬНОГО ГАЗОПРОВОДА 2020
  • Грабовец Владимир Александрович
  • Гордеев Андрей Анатольевич
  • Осипов Павел Геннадьевич
  • Ларин Евгений Александрович
  • Шелудько Леонид Павлович
  • Бирюк Владимир Васильевич
RU2744139C1
КОМБИНИРОВАННАЯ УСТАНОВКА С ГАЗОПЕРЕКАЧИВАЮЩИМ АГРЕГАТОМ И СУБАТМОСФЕРНОЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ УСТАНОВКОЙ 2021
  • Гордеев Андрей Анатольевич
  • Осипов Павел Геннадьевич
  • Лившиц Михаил Юрьевич
  • Бирюк Владимир Васильевич
  • Шелудько Леонид Павлович
RU2779046C1
СПОСОБ РАБОТЫ КОМБИНИРОВАННОЙ УТИЛИЗАЦИОННОЙ ГАЗОТУРБИННОЙ УСТАНОВКИ ГАЗОПЕРЕКАЧИВАЮЩЕГО АГРЕГАТА КОМПРЕССОРНОЙ СТАНЦИИ МАГИСТРАЛЬНЫХ ГАЗОПРОВОДОВ 2022
  • Гордеев Андрей Анатольевич
  • Осипов Павел Геннадьевич
  • Шелудько Леонид Павлович
RU2802352C1
ГАЗОПЕРКАЧИВАЮЩИЙ АГРЕГАТ КОМПРЕССОРНОЙ СТАНЦИИ С СУБАТМОСФЕРНОЙ УТИЛИЗАЦИОННОЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ УСТАНОВКОЙ 2021
  • Гордеев Андрей Анатольевич
  • Осипов Павел Геннадьевич
  • Гулина Светлана Анатольевна
  • Бирюк Владимир Васильевич
  • Шелудько Леонид Павлович
RU2779109C1
ГАЗОТУРБОДЕТАНДЕРНАЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА КОМПРЕССОРНОЙ СТАНЦИИ МАГИСТРАЛЬНОГО ГАЗОПРОВОДА 2015
  • Субботин Владимир Анатольевич
  • Грабовец Владимир Александрович
  • Шабанов Константин Юрьевич
  • Шелудько Леонид Павлович
RU2599082C1
РЕГЕНЕРАТИВНАЯ ГАЗОТУРБОДЕТАНДЕРНАЯ УСТАНОВКА СОБСТВЕННЫХ НУЖД КОМПРЕССОРНОЙ СТАНЦИИ 2014
  • Субботин Владимир Анатольевич
  • Грабовец Владимир Александрович
  • Фиников Владимир Львович
  • Шабанов Константин Юрьевич
  • Шелудько Леонид Павлович
  • Бирюк Владимир Васильевич
RU2570296C1
РЕГЕНЕРАТИВНАЯ ГАЗОТУРБОДЕТАНДЕРНАЯ УСТАНОВКА 2013
  • Субботин Владимир Анатольевич
  • Грабовец Владимир Александрович
  • Фиников Владимир Львович
  • Шабанов Константин Юрьевич
  • Шелудько Леонид Павлович
  • Бирюк Владимир Васильевич
RU2549004C1
Газотурбодетандерная энергетическая установка тепловой электрической станции 2018
  • Лившиц Михаил Юрьевич
  • Шелудько Леонид Павлович
  • Ларин Евгений Александрович
RU2699445C1

Иллюстрации к изобретению RU 2 675 427 C1

Реферат патента 2018 года КОМБИНИРОВАННАЯ УТИЛИЗАЦИОННАЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ ГАЗОТУРБИННАЯ УСТАНОВКА КОМПРЕССОРНОЙ СТАНЦИИ МАГИСТРАЛЬНОГО ГАЗОПРОВОДА

Комбинированная утилизационная энергетическая газотурбинная установка компрессорной станции магистрального газопровода состоит из приводной газотурбинной установки утилизационной газотурбинной установки. Приводная газотурбинная установки содержит газогенератор, силовую газовую турбину, нагнетатель природного газа, регенеративный теплообменный аппарат, установленный в выхлопном газоходе силовой газовой турбины. Утилизационная газотурбинная установки содержит компрессор, камеру сгорания, газовую турбину, электрогенератор. Выход силовой газовой турбины связан с атмосферой через регенеративный теплообменный аппарат. Выход компрессора утилизационной газотурбинной установки связан напорным воздуховодом и трубопроводом сжатого воздуха через теплообменную поверхность регенеративного теплообменного аппарата и камеру сгорания утилизационной газотурбинной установки с газовой турбиной утилизационной газотурбинной установки, снабженной дополнительным регенеративным теплообменным аппаратом и дополнительным трубопроводом сжатого воздуха. Дополнительный регенеративный теплообменный аппарат установлен в выхлопном газоходе газовой турбины утилизационной газотурбинной установки. Выход компрессора утилизационной газотурбинной установки соединен дополнительным трубопроводом сжатого воздуха через теплообменную поверхность дополнительного регенеративного теплообменного аппарата и трубопровод подогретого сжатого воздуха с камерой сгорания утилизационной газотурбинной установки. Изобретение направлено на повышение электрической мощности утилизационной энергетической газотурбинной установки. 1 ил.

Формула изобретения RU 2 675 427 C1

Комбинированная утилизационная энергетическая газотурбинная установка компрессорной станции магистрального газопровода, состоящая из приводной газотурбинной установки, содержащей газогенератор, силовую газовую турбину, нагнетатель природного газа, регенеративный теплообменный аппарат, установленный в выхлопном газоходе силовой газовой турбины, и утилизационной газотурбинной установки, содержащей компрессор, камеру сгорания, газовую турбину, электрогенератор; при этом выход силовой газовой турбины связан с атмосферой через регенеративный теплообменный аппарат, а выход компрессора утилизационной газотурбинной установки связан напорным воздуховодом и трубопроводом сжатого воздуха через теплообменную поверхность регенеративного теплообменного аппарата и камеру сгорания утилизационной газотурбинной установки с газовой турбиной утилизационной газотурбинной установки, отличающаяся тем, что она снабжена дополнительным регенеративным теплообменным аппаратом и дополнительным трубопроводом сжатого воздуха, причем дополнительный регенеративный теплообменный аппарат установлен в выхлопном газоходе газовой турбины утилизационной газотурбинной установки, выход компрессора утилизационной газотурбинной установки соединен дополнительным трубопроводом сжатого воздуха через теплообменную поверхность дополнительного регенеративного теплообменного аппарата и трубопровод подогретого сжатого воздуха с камерой сгорания утилизационной газотурбинной установки.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2018 года RU2675427C1

СПОСОБ РАБОТЫ ГАЗОТУРБИННОЙ УСТАНОВКИ (ВАРИАНТЫ) И ГАЗОТУРБИННАЯ УСТАНОВКА 1993
  • Особов Виктор Исаакович
RU2094636C1
СПОСОБ ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЯ ЭНЕРГОРЕСУРСОВ МАГИСТРАЛЬНЫХ ГАЗОПРОВОДОВ НА КОМПРЕССОРНЫХ СТАНЦИЯХ 1999
  • Шпилевой В.А.
  • Каменских И.А.
RU2171420C1
СПОСОБ УМЕНЬШЕНИЯ ВЫБРОСОВ ОКИСЛОВ АЗОТА ИЗ ГАЗОТУРБИННОЙ УСТАНОВКИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ 1997
  • Гойхенберг М.М.
  • Марчуков Е.Ю.
  • Особов В.И.
  • Чепкин В.М.
RU2132962C1
РЕГЕНЕРАТИВНАЯ ГАЗОТУРБОДЕТАНДЕРНАЯ УСТАНОВКА СОБСТВЕННЫХ НУЖД КОМПРЕССОРНОЙ СТАНЦИИ 2014
  • Субботин Владимир Анатольевич
  • Грабовец Владимир Александрович
  • Фиников Владимир Львович
  • Шабанов Константин Юрьевич
  • Шелудько Леонид Павлович
  • Бирюк Владимир Васильевич
RU2570296C1
DE 2833136 A1, 07.02.1980
ГАЗОТУРБОДЕТАНДЕРНАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ РАБОТЫ НА ПРИРОДНОМ ГАЗЕ 1992
  • Гуров Валерий Игнатьевич
  • Попов Константин Матвеевич
  • Валюхов Сергей Георгиевич
RU2013615C1

RU 2 675 427 C1

Авторы

Шабанов Константин Юрьевич

Шурухин Игорь Николаевич

Шелудько Леонид Павлович

Ларин Евгений Александрович

Бирюк Владимир Васильевич

Лившиц Михаил Юрьевич

Даты

2018-12-19Публикация

2017-07-27Подача