Способ использования теплоты СПГ в цикле ГТУ Российский патент 2019 года по МПК F02C7/143 F02C7/224 

Изобретение относится к области теплоэнергетики и может быть использовано на ТЭС, сжигающих природный газ (СПГ) в качестве топлива.

Известно [1], что затраты мощности на привод компрессора составляют 50-70% всей мощности, вырабатываемой ГТУ. Причем затраты мощности на привод компрессора ГТУ в значительной степени зависят от температуры этого воздуха. Так в соответствии с данными, полученными в результате расчетов и обобщенными на рис. 6.9 [1] снижение температуры на 15°C по сравнению с расчетным значением принятым в качестве расчетного значения по ISO (15°C) приводит к тому, что газовая турбина может быть перегружена на 10% мощности, а КПД турбинной установки возрастает на 3%.

Поскольку затраты мощности на привод компрессора в газотурбинных установках (ГТУ) составляет не менее 50%, то целесообразно уменьшать эти затраты. Одним из способов уменьшения таких затрат в ГТУ является снижение температуры воздуха. Традиционными способами снижения температуры воздуха [1] является охлаждение воздуха в теплообменных аппаратах перед его сжатием или использование промежуточного охлаждения в процессе сжатия. Заявляемый способ в значительной степени позволяет снизить температуру воздуха.. Для реализации идеи применения СПГ в качестве теплоносителя в способе он используется в части цикла ГТУ, связанного с подачей и сжатием воздуха. Для этого газ нагревают за счет охлаждения воздуха, подаваемого в компрессор ГТУ и переводят СПГ в газообразное состояние. Затем СПГ расширяют в детандере и смешивают с воздухом. При этом обеспечивают безопасную концентрацию природного газа в газовой смеси. В соответствии с циклом ГТУ газовую смесь сжимают в компрессоре до необходимого значения, проводят дополнительную регулировку соотношения между природным газом и воздухом в смеси. На заключительном этапе использования СПГ в цикле ГТУ, полученную газовую смесь сжигают в камере сгорания.

Таким образом, в результате использования СПГ в цикле ГТУ удается использовать почти всю теплоту СПГ на охлаждение воздуха, подаваемого в цикл ГТУ. Причем в значительной степени удается уменьшить потери на так называемый недогрев теплоносителей, участвующих в процессе теплообмена в теплообменнике.

Литература

1. Цанев С.В. Газотурбинные и парогазовые установки тепловых электростанций: учебное пособие для вузов / С.В. Цанев, В.Д. Буров, А.Н. Ремезов; под ред. С.В. Цанева. - 2-е изд. стереот. - М.: Издателский дом МЭИ, 2006, 584 с.

Способ использования теплоты СПГ в цикле ГТУ позволяет значительно повысить эффективность использования сжиженного природного газа (СПГ) при его применении в качестве топлива для газотурбинных установок (ГТУ). Для этого природный газ участвует в части цикла ГТУ, связанного с подачей и сжатием воздуха, используемого в цикле ГТУ. Поскольку затраты мощности ГТУ на привод компрессора составляют значительную часть всей мощности ГТУ, то, снижая затраты мощности на привод компрессора, удается значительно повысить эффективность работы ГТУ. Для реализации этой идеи на первом этапе СПГ переводят в газообразное состояние, дросселируют природный газ в детандере и смешивают природный газ с воздухом, подаваемым в компрессор. За счет теплообмена между газом и воздухом температуру газовой смеси удается значительно снизить. В заключении концентрацию природного газа в смеси доводят в камере сжигания до требуемого значения и сжигают газовую смесь.

Способ использования теплоты СПГ в цикле ГТУ, отличающийся тем, что СПГ переводят в газообразное состояние за счет теплообмена между СПГ и воздухом, подаваемым в компрессор ГТУ, полученный природный газ дросселирует в детандере, а затем газ и воздух смешивают между собой, обеспечивая при этом безопасную концентрацию природного газа в воздухе, далее газовую смесь в соответствии с циклом ГТУ сжимают в компрессоре, а в камере сгорания доводят концентрацию газов в смеси до необходимого значения и сжигают газовую смесь.