Газотурбинный электротеплогенерирующий комплекс Российский патент 2024 года по МПК F01K13/00 

Изобретение относится к распределенной энергетике, а именно к электротеплогенерирующим комплексам, выполненным на базе газотурбинных двигателей.

Известны газотурбинные электротеплогенерирующие установки когенерационного типа, состоящие из газотурбинного двигателя простого цикла и парового или водяного котла-утилизатора [1].

Известны газотурбинные электротеплогенерирующие установки когенерационного типа, состоящие из газотурбинного двигателя простого цикла с регенерацией и парового или водяного котла-утилизатора [2].

Несколько газотурбинных когенерационных установок образуют электротеплогенерирующий комплекс, который работает в базовом и пиковом режиме путем использования как минимум одной, а, соответственно, в пиковом режиме второй установки.

Недостатком существующих электротеплогенерирующих комплексов является частичное приспособление отдельно работающих установок к объемам поставляемых электрической и тепловой энергии в сезонах лето-зима. Обычно нужно иметь дополнительные отопительные котлы для использования их в зимний период, что снижает энергоэффективность когенерационной технологии.

Предлагается электротеплогенерирующий комплекс, включающий газотурбинный двигатель с регенерацией теплоты и водяным котлом-утилизатором, а пиковый - газотурбинный двигатель простого цикла с паровым котлом-утилизатором.

Технической задачей предлагаемого газотурбинного электротеплогенерирующего комплекса является обеспечение более гибкой поставки потребителям энергии по объемам и номенклатуре в сезонный, а также в суточный пиковый период, более эффективное использование комплекса с достижением высокого теплотехнического (общего) КПД на всех режимах работы.

Технический результат достигается тем, что заявляемое решение содержит базовый двигатель, включающий турбину с рекуперативным воздухоподогревателем и водяной утилизационный котел, нагрузку и систему управления установкой, а также пиковый двигатель, включающий турбину простого цикла, нагрузку и систему управления установкой, а выхлопные трубопроводы обоих двигателей объединены через шиберный клапан с паровым утилизационным котлом и рекуперативным воздухоподогревателем с водяным утилизационным котлом, со стороны компрессора входной и со стороны камеры сгорания выходной патрубки, которые соединены между собой газопроводом через шиберный клапан.

В заявляемом комплексе рекуперативный воздухоподогреватель за компрессором базового газотурбинного двигателя исполняет роль утилизатора теплоты выхлопных газов пикового газотурбинного двигателя. Для этого трубопроводы выхлопных газов базового и пикового газотурбинных двигателей связаны между собой, а потоками выхлопных газов управляет шиберный клапан в зависимости от режима использования электротеплогенерирующего комплекса.

Принципиальная схема газотурбинного электротеплогенерирующего комплекса представлена на схеме (фиг.). Комплекс образован (создан) из базового газотурбинного двигателя простого цикла с регенерацией и пикового газотурбинного двигателя простого цикла.

Базовый двигатель простого цикла с регенерацией содержит компрессор 2, который через рекуперативный воздухоподогреватель 5 и камеру сгорания 4 соединен с турбиной 1, которая приводит нагрузку 3.

Пиковый двигатель простого цикла содержит воздушный компрессор 8 камеры сгорания 14, турбину компрессора 6 и свободной силовой турбины 7, для привода нагрузки 13. Трубопроводы выхлопов базового и пикового двигателей подключены к шиберному клапану 9, который при работе пикового двигателя направляет выхлопные газы из турбины 7 последовательно к рекуперативному воздухоподогревателю 5 и водяному котлу-утилизатору 10, а из турбины 1 к паровому котлу-утилизатору 11, который имеет перепуск газов для регулировки производительности по пару.

Базовый двигатель имеет байпасный клапан 12, который при необходимости перепускает цикловой воздух , мимо рекуперативного воздухоподогревателя 5 для облегчения запуска турбины 1. Газовые турбины 1 и 6 базовые и снабжены регулируемыми автоматическими клапанами (не показаны), которые управляющими связями подключены к системе управления, контроля и защиты двигателей и его систем.

Газотурбинный электротеплогенерирующий комплекс работает следующим образом.

Режим потребления электроэнергии подразделяется на базовый и пиковый, тепловой энергии - на зимний, переходный (весна, осень) и летний.

В зимний период выхлоп базового газотурбинного двигателя через шиберный клапан 9 подключен к паровому котлу-утилизатору 11. Для получения максимальной мощности парового котла-утилизатора байпасный клапан 12 открыт, после компрессора 2 сжатый воздух поступает мимо рекуперативного воздухоподогревателя 5 в камеру сгорания 4, далее газы поступают в газовую турбину 1. В пиковом режиме выхлопные газы пикового газотурбинного двигателя после турбины 7 через шиберный клапан 9 поступают в рекуперативный воздухоподогреватель 5, далее в водяной котел-утилизатор 10. При этом байпасный клапан 12 закрыт, а выхлопные газы после турбины 1 идут на паровой котел-утилизатор 11. Таким образом достигается высокий теплотехнический (общий) КПД электротеплогенерирующего комплекса в базовом и пиковом режимах.

В переходный период шиберный клапан 9 повернут на 90° по часовой стрелке относительно изображенного на схеме (фиг.), и базовый газотурбинный двигатель работает с рекуперативным воздухоподогревателем 5 и водяным котлом-утилизатором 10. В пиковом режиме выхлоп пикового двигателя подключен к паровому котлу-утилизатору 11, который снабжает паром промышленные объекты или, при частичном байпасировании, работает на отопление.

В летний период подключение двигателей такое же, как и в переходный период. Паровой котел-утилизатор 11 в пиковом режиме может полностью байпасироваться, при этом водяной котел-утилизатор 10 круглосуточно обеспечивает объект горячей водой.

Таким образом, техническим результатом предлагаемого газотурбинного электротеплогенерирующего комплекса является более гибкая поставка потребителям энергии по объемам и номенклатуре в сезонный, а также в суточный пиковый период, более эффективное использование комплекса с достижением высокого теплотехнического (общего) КПД на всех режимах работы.

Ссылки на источники

1. Арбеков А.Н. Теория и проектирование газотурбинных и комбинированных установок / А.Н. Арбеков, А.Ю. Вараксин, Э.А. Манушин, и др. М. Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2017. 678 с. Стр. 289-290.

2. Дологлонян А.В. Эффективность комбинированных газотурбинных установок на частичных нагрузках / А.В. Дологлонян, В.Т. Матвеенко, А.Г. Клименко // Морские интеллектуальные технологии. - 2022. - №3-1(57). - C. 109-117.

Изобретение относится к распределенной энергетике, а именно к электротеплогенерирующим комплексам, выполненным на базе газотурбинных двигателей. Техническим результатом является более гибкая поставка потребителям по объемам и номенклатуре энергии в сезонный, а также в суточный пиковый период, более энергоэффективное использование электротеплогенерирующего комплекса с достижением высокого теплотехнического (общего) КПД на всех режимах использования комплекса. Газотурбинный электротеплогенерирующий комплекс содержит базовый двигатель, включающий турбину с рекуперативным воздухоподогревателем, водяной утилизационный котел, нагрузку и систему управления установкой, а также пиковый двигатель, включающий турбину простого цикла, нагрузку и систему управления установкой. Вместе с тем, выхлопные трубопроводы обоих двигателей объединены через шиберный клапан с паровым утилизационным котлом и рекуперативным воздухоподогревателем с водяным утилизационным котлом. Более того, в базовом двигателе со стороны компрессора входной и со стороны камеры сгорания выходной патрубки соединены между собой газопроводом мимо рекуперативного подогревателя через байпасный клапан. 1 ил.

Газотурбинный электротеплогенерирующий комплекс, содержащий базовый двигатель, включающий турбину с рекуперативным воздухоподогревателем и водяной утилизационный котел, нагрузку и систему управления установкой, а также пиковый двигатель, включающий турбину простого цикла, нагрузку и систему управления установкой, а выхлопные трубопроводы обоих двигателей объединены через шиберный клапан с паровым утилизационным котлом и рекуперативным воздухоподогревателем с водяным утилизационным котлом, в базовом двигателе со стороны компрессора входной и со стороны камеры сгорания выходной патрубки соединены между собой газопроводом мимо рекуперативного подогревателя через байпасный клапан.