ГАЗОТУРБИННАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ПЕРЕРАБОТКИ ПОПУТНОГО НЕФТЯНОГО И РАЗЛИЧНЫХ НИЗКОНАПОРНЫХ ГАЗОВ В ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЮ Российский патент 2020 года по МПК F02C1/04 

Изобретение относится к области энергетики и может быть использовано в нефтедобывающих, газодобывающих и перерабатывающих отраслях, где имеют место выбросы низконапорного газа любого состава.

Известна газотурбинная установка для переработки попутного нефтяного газа в электроэнергию, содержащая воздушный компрессор, турбину, камеру сгорания, электрогенератор, устройство подогрева воздуха после компрессора, включающее в себя теплообменный аппарат-регенератор, расположенный в выхлопной трубе, которая совместно с камерой сгорания выполнена в виде наземной факельной установки сжигания попутного нефтяного газа, при этом теплообменный аппарат-регенератор выполнен с последовательно расположенными камерами конвекции и радиации, а полость между камерами сообщена с полостью выхода из турбины, (патент RU №2650452, F02C 1/08, 2018) - прототип.

Недостатком известной газотурбинной установки является необходимость поддержания высоких оборотов турбины, нагрева рабочего тела до достаточно высоких значений температуры.

Задача, на решение которой направлено заявленное изобретение, заключается в устранении указанных недостатков - снижение оборотов турбины и температуры нагрева рабочего тела.

Поставленная задача решается за счет того, что газотурбинная установка для переработки попутного нефтяного и различных низконапорных газов в электроэнергию, содержащая воздушный компрессор, турбину, камеру сгорания, электрогенератор, устройство подогрева воздуха после компрессора, включающее в себя теплообменный аппарат-регенератор, расположенный в выхлопной трубе, которая совместно с камерой сгорания выполнена в виде наземной факельной установки сжигания попутного нефтяного газа, теплообменный аппарат-регенератор выполнен с последовательно расположенными камерами конвекции и радиации, а полость между камерами сообщена с полостью выхода из турбины, согласно изобретению, турбина содержит реактивный модуль, установленный на валу воздушного компрессора, и активный модуль, установленный на валу электрогенератора, с противоположным направлением вращения, при этом сопла реактивного модуля выполнены с возможностью циклического перехода воздуха в каналы, выполненные в теле активного модуля.

При таком исполнении турбины реактивный модуль используется для привода компрессора, а активный модуль используется для выработки полезной мощности на электрогенераторе, в результате чего отпадает необходимость нагрева рабочего тела (воздуха) до высоких температур, а это влечет за собой уменьшение расхода топлива. Также данная турбина является низкооборотной.

Предлагаемая конструкция газотурбинной установки изображена схематично на фиг. 1.

Газотурбинная установка содержит воздушный компрессор 1, реактивный модуль 2, активный модуль 3, электрогенератор 4, устройство 5 подогрева воздуха после компрессора. Газ к устройству 5 подогрева воздуха подводится по трубопроводу 6, а воздух из атмосферы подводится по трубопроводу 7. Кроме того, устройство 5 подогрева воздуха снабжено инжектором 8, подключенным трубопроводами 9 и 10 соответственно к автономному источнику подачи воздуха высокого давления (на Фиг. 1 источник не показан) и к воздушному компрессору 1.

Газотурбинная установка работает следующим образом.

С помощью подачи попутного нефтяного газа по трубопроводу 6 и по трубопроводу 7 - воздуха из атмосферы к устройству 5 подогрева воздуха организуется процесс горения. Продукты сгорания, уходящие в атмосферу, нагревают теплообменные трубы устройства 5 подогрева воздуха. При этом с помощью инжектора 8 при небольшом давлении (менее 0,1 МПа) осуществляется продувка труб регенератора. После прогрева конструкции устройства 5 подогрева воздуха до определенной температуры с помощью инжектора 8 создается поток рабочего тела (воздуха) через воздушный компрессор 1, после которого воздух проходит через устройство 5. Затем нагретый воздух поступает в реактивный модуль 2. Наличие расхода воздуха через реактивный модуль 2 приводит к его вращению, и соответственно, - к вращению вала воздушного компрессора 1. На выходе из сопел реактивного модуля 2 воздух подается в каналы, выполненные в теле активного модуля 3, приводя его во вращение в другую сторону, а следовательно - к вращению вала электрогенератора 4. Повышение температуры воздуха, подаваемого в реактивный модуль 2, приводит к интенсификации вращения роторов, и при определенной величине температуры роторы выходят на режим «самохода» (режима, когда мощность на реактивном модуле 2 становится больше мощности воздушного компрессора 1). После достижения этого режима подача воздуха инжектором 8 прекращается. Увеличением расхода топливного газа, поступающего в устройство 5 подогрева воздуха, газотурбинная установка выходит на номинальный режим.

В предлагаемой установке конструкция реактивного модуля может быть выполнена в виде «Сегнерова колеса», работа которого основана на реактивном действии потока воздуха. Конструкция активного модуля может представлять собой диск с рабочими лопатками, расположенными над «Сегнеровым колесом» и образующими каналы, в которые воздух циклически переходит из реактивного модуля, тем самым приводя диск во вращение. Данное исполнение не требует нагрева воздуха до высоких температур, турбина при этом является низкооборотной.

Таким образом, предлагаемая конструкция газотурбинной установки позволяет решить поставленные задачи, повысить экономичность и эффективность установки для получения электроэнергии из различных углеводородных низконапорных газов.

Изобретение относится к области энергетики и может быть использовано в нефтедобывающих, газодобывающих и перерабатывающих отраслях, где имеют место выбросы низконапорного газа любого состава. Газотурбинная установка для переработки попутного нефтяного и различных низконапорных газов в электроэнергию, содержащая воздушный компрессор, турбину, камеру сгорания, электрогенератор, устройство подогрева воздуха после компрессора, снабженное инжектором, входные полости которого сообщены с полостью выхода воздуха из компрессора и с системой подачи воздуха высокого давления от автономного источника, при этом турбина содержит реактивный модуль, установленный на валу воздушного компрессора, и активный модуль, установленный на валу электрогенератора, с противоположным направлением вращения вокруг общей оси, при этом сопла реактивного модуля выполнены с возможностью циклического перехода воздуха в каналы, выполненные в теле активного модуля. Изобретение позволяет повысить эффективность получения электроэнергии. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Газотурбинная установка для переработки попутного нефтяного и различных низконапорных газов в электроэнергию, содержащая воздушный компрессор, турбину, камеру сгорания, электрогенератор, устройство подогрева воздуха после компрессора, включающее в себя теплообменный аппарат-регенератор, расположенный в выхлопной трубе, которая совместно с камерой сгорания выполнена в виде наземной факельной установки сжигания попутного нефтяного газа, теплообменный аппарат-регенератор выполнен с последовательно расположенными камерами конвекции и радиации, а полость между камерами сообщена с полостью выхода из турбины, отличающаяся тем, что турбина содержит реактивный модуль, установленный на валу воздушного компрессора, и активный модуль, установленный на валу электрогенератора, с противоположным направлением вращения, при этом сопла реактивного модуля выполнены с возможностью циклического перехода воздуха в каналы, выполненные в теле активного модуля.

2. Газотурбинная установка по п. 1, отличающаяся тем, что в варианте исполнения реактивный модуль выполнен в виде «Сегнерова колеса».

3. Газотурбинная установка по п. 1, отличающаяся тем, что в варианте исполнения активный модуль выполнен в виде диска с рабочими лопатками, расположенными над «Сегнеровым колесом».