RU2811729C2 - Combined-cycle power plant - Google Patents
Combined-cycle power plant Download PDFInfo
- Publication number
- RU2811729C2 RU2811729C2 RU2019127349A RU2019127349A RU2811729C2 RU 2811729 C2 RU2811729 C2 RU 2811729C2 RU 2019127349 A RU2019127349 A RU 2019127349A RU 2019127349 A RU2019127349 A RU 2019127349A RU 2811729 C2 RU2811729 C2 RU 2811729C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- pressure
- steam
- working fluid
- rotor
- low
- Prior art date
Links
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims abstract description 120
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims abstract description 119
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 claims abstract description 56
- 239000002918 waste heat Substances 0.000 claims abstract description 38
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 21
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 16
- 239000000446 fuel Substances 0.000 claims description 14
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 9
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 claims description 8
- 238000012546 transfer Methods 0.000 claims description 8
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 6
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 5
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims description 5
- 238000013459 approach Methods 0.000 claims description 4
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 238000011084 recovery Methods 0.000 claims description 4
- 238000007599 discharging Methods 0.000 claims description 3
- 238000009434 installation Methods 0.000 claims description 3
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 claims description 3
- 239000004449 solid propellant Substances 0.000 claims description 3
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 claims description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 2
- VUZPPFZMUPKLLV-UHFFFAOYSA-N methane;hydrate Chemical compound C.O VUZPPFZMUPKLLV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 238000011027 product recovery Methods 0.000 claims 1
- 238000011089 mechanical engineering Methods 0.000 abstract description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 238000013461 design Methods 0.000 description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 1
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 1
- 239000003245 coal Substances 0.000 description 1
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- 239000002826 coolant Substances 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- 238000004064 recycling Methods 0.000 description 1
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 1
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к области машиностроения и может использоваться в парогазовых транспортных и энергетических установках, в парогазовых компрессорах.The invention relates to the field of mechanical engineering and can be used in steam-gas transport and power plants, in steam-gas compressors.
Известна парогазовая энергетическая установка, включающая газотурбинный двигатель и котел - утилизатор, в котором остаточная теплота продуктов сгорания ГТУ передается воде, а затем пару. Энергия горячего пара высокого давления преобразуется в механическую энергию на валу паровой турбины. Стр. 210-211 «Теплотехника» Москва «Машиностроение» 1986 г.A combined-cycle power plant is known, including a gas turbine engine and a waste heat boiler, in which the residual heat of the combustion products of the gas turbine is transferred to water and then to steam. The energy of hot, high-pressure steam is converted into mechanical energy on the shaft of the steam turbine. Page 210-211 “Thermal Engineering” Moscow “Mechanical Engineering” 1986
Недостатком подобной конструкции является низкий КПД турбокомпрессора высокого давления ГТД и паровой турбины.The disadvantage of this design is the low efficiency of the high-pressure turbocharger of the gas turbine engine and the steam turbine.
Известен также каскадный обменник давлением, содержащий корпус с выполненными портами подвода и отвода рабочего тела, а также с перепускными массообменными каналами, в корпусе с возможностью вращения установлен ротор с каналами открытыми с торцов. «Новые направления совершенствования рабочего процесса газотурбинных двигателей с каскадным обменником давления Крайнюка». А.И. Крайнюк. «Авиационно-космическая техника и технология». 2010 №7A cascade pressure exchanger is also known, containing a housing with ports for supplying and discharging the working fluid, as well as with bypass mass transfer channels; a rotor with channels open at the ends is installed in the housing with the possibility of rotation. “New directions for improving the operating process of gas turbine engines with a Krainyuk cascade pressure exchanger.” A.I. Krainyuk. "Aerospace engineering and technology." 2010 No. 7
Недостатком подобной конструкции является узкая сфера применения, необходимость установки дополнительных вентиляторов, что в ряде случаев усложняет конструкцию, низкие производительность и КПД однорядной конструкции каналов ротора.The disadvantage of this design is the narrow scope of application, the need to install additional fans, which in some cases complicates the design, and the low performance and efficiency of the single-row design of the rotor channels.
Техническим результатом, достигаемым в данном изобретении, является расширение сферы применения каскадного обменника давлением, повышение его производительности и КПД, улучшение параметров парогазовых энергетических установок при минимальных массогабаритных характеристиках.The technical result achieved in this invention is to expand the scope of application of the cascade pressure exchanger, increase its performance and efficiency, improve the parameters of combined cycle power plants with minimal weight and size characteristics.
Технический результат достигается тем, что парогазовая энергетическая установка, содержащая, по крайней мере, один компрессор и одну турбину. по крайней мере одно устройство подвода тепла, систему утилизации тепла, включающую по крайней мере один парогенератор, системы подачи топлива, пуска, контроля, управления охлаждения, отличается тем, что содержит парогазовый каскадный обменник давлением, включающий корпус, в котором установлен с возможностью вращения ротор, с выполненными по окружности ротора параллельно валу, или диагонально каналами, со стороны впускных и выпускных отверстий каналов к торцам ротора, с зазором, выполненном с возможностью регулирования его величины и установки в него уплотнения, примыкают стенки корпуса, в которых образованы порты с возможностью подвода в каналы ротора и отвода из них сжимающего и сжимаемого рабочих тел. парогазовый обменник давлением интегрирован с газотурбинным двигателем таким образом, что рабочее тело низкого давления, являющееся сжимаемым рабочим телом, из компрессора наддува, или после компрессора газотурбинного двигателя, подведено к порту подвода рабочего тела низкого давления, выполненного с одной стороны ротора парогазового каскадного обменника давлением, со стороны впускных отверстий каналов ротора, а с противоположной стороны ротора, со стороны выпускных отверстий каналов ротора, в корпусе выполнен порт отвода рабочего тела низкого давления в паровую, или в газовую турбину низкого или среднего давления, далее, по ходу вращения ротора, со стороны порта подвода рабочего тела низкого давления, выполнен порт подвода рабочего тела высокого давления, являющегося сжимающим рабочим телом, который подключен к выходу из парогенератора, или подключен к выходу из паровой турбины высокого давления, причем данное подключение выполнено с возможностью размещения пароперегревателя после выхода из паровой турбины высокого давления, а с противоположной стороны ротора в стенке корпуса выполнен порт отвода рабочего тела высокого давления, подключенный к системе охлаждения газовой турбины высокого давления, и к устройству подвода тепла в виде камеры сгорания, выход из которого соединен с газовой турбиной, или с каскадом газовых турбин, при этом в роторе парогазового каскадного обменника давлением выполнены, вдоль радиуса ротора, несколько рядов каналов, стенки корпуса, расположенные между портами, выполнены с возможностью перекрытия при вращении ротора впускных и выпускных отверстий, по крайней мере, одного канала в каждом ряду каналов ротора, также в стенке корпуса парогазового обменника давлением, между портом подвода рабочего тела низкого давления и портом подвода рабочего тела высокого давления выполнен ряд портов, соединенных между собой перепускными массообменными каналами, выполненными с возможностью организации последовательного ступенчатого подвода в каналы ротора и отвода из каналов ротора сжимающего рабочего тела таким образом, что порты. выполненные после порта подвода рабочего тела низкого давления, по ходу вращения ротора, соединены перепускными массообменными каналами с портами, выполненными перед портом подвода рабочего тела низкого давления, по ходу вращения ротора, с возможностью последовательного повышения давления в каналах ротора, по мере приближения каналов к порту подвода рабочего тела высокого давления, при вращении ротора, а порты, выполненные, по ходу вращения ротора, перед, портом подвода рабочего тела низкого давления, выполнены с возможностью последовательного снижения давления рабочего тела в каналах ротора, при его вращении, по мере приближения каналов к порту подвода рабочего тела низкого давления. при этом, равноудаленные, с одной и с другой стороны от порта подвода рабочего тела низкого давления порты соединены между собой перепускными массообменными каналами, а выход рабочего тела из турбины подключен к парогенератору в виде котла-утилизатора и, или парового котла со сжиганием дополнительного топлива, с возможностью отвода тепла от рабочего тела, а в части подвода тепла к рабочему телу вход парогенератора присоединен к системе подачи жидкого рабочего тела.The technical result is achieved by a combined cycle power plant containing at least one compressor and one turbine. at least one heat supply device, a heat recovery system, including at least one steam generator, fuel supply, start-up, control, cooling control systems, characterized in that it contains a steam-gas cascade pressure exchanger, including a housing in which a rotor is installed with the possibility of rotation , with channels made along the circumference of the rotor parallel to the shaft, or diagonally, from the side of the inlet and outlet openings of the channels to the ends of the rotor, with a gap made with the possibility of adjusting its size and installing a seal in it, the walls of the housing are adjacent, in which ports are formed with the possibility of supplying into the rotor channels and the removal of compressive and compressible working fluids from them. the steam-gas pressure exchanger is integrated with the gas turbine engine in such a way that the low-pressure working fluid, which is a compressible working fluid, from the boost compressor, or after the compressor of the gas turbine engine, is supplied to the low-pressure working fluid supply port made on one side of the rotor of the steam-gas cascade pressure exchanger, on the side of the inlet openings of the rotor channels, and on the opposite side of the rotor, on the side of the outlet openings of the rotor channels, the housing has a port for discharging the low-pressure working fluid into a steam or gas turbine of low or medium pressure, then, along the direction of rotation of the rotor, on the side port for supplying a low-pressure working fluid, there is a port for supplying a high-pressure working fluid, which is a compressive working fluid, which is connected to the outlet of the steam generator, or connected to the outlet of a high-pressure steam turbine, and this connection is made with the possibility of placing a superheater after the outlet of the steam turbine high pressure, and on the opposite side of the rotor in the housing wall there is an outlet port for the high pressure working fluid, connected to the cooling system of the high pressure gas turbine, and to a heat supply device in the form of a combustion chamber, the outlet of which is connected to the gas turbine, or to a cascade of gas turbines, while in the rotor of the steam-gas cascade pressure exchanger, several rows of channels are made along the radius of the rotor, the walls of the housing located between the ports are made with the possibility of blocking the inlet and outlet openings of at least one channel in each row of rotor channels when the rotor rotates , also in the wall of the casing of the vapor-gas pressure exchanger, between the port for supplying the low-pressure working fluid and the port for supplying the high-pressure working fluid, there is a number of ports connected to each other by bypass mass transfer channels, made with the possibility of organizing a sequential stepwise supply into the rotor channels and removal from the compressive rotor channels working fluid in such a way that the ports. made after the port for supplying the low-pressure working fluid, in the direction of rotation of the rotor, are connected by bypass mass transfer channels with ports made in front of the port for supplying the low-pressure working fluid, in the direction of rotation of the rotor, with the possibility of sequentially increasing the pressure in the rotor channels, as the channels approach the port supply of the working fluid of high pressure, when the rotor rotates, and the ports made, along the direction of rotation of the rotor, in front of the port for supplying the working fluid of low pressure, are made with the possibility of sequentially reducing the pressure of the working fluid in the channels of the rotor, during its rotation, as the channels approach low pressure working fluid supply port. at the same time, the ports equidistant from one side and the other from the low-pressure working fluid supply port are connected to each other by bypass mass transfer channels, and the working fluid output from the turbine is connected to a steam generator in the form of a waste heat boiler and, or a steam boiler with the combustion of additional fuel, with the ability to remove heat from the working fluid, and in terms of supplying heat to the working fluid, the steam generator input is connected to the liquid working fluid supply system.
Кроме того, энергетическая установка отличается тем, что по ходу вращения ротора парогазового каскадного обменника давлением. например перед портом от вода рабочего тела высокого давления выполнен дополнительный порт подвода рабочего тела, соединенный с выходом из камеры сгорания, например с отдельной высокотемпературной камерой сгорания, вход которой подключен к порту отвода рабочего тела высокого давления парогазового каскадного обменника давлением, при этом порт отвода рабочего тела высокого давления выполнен с возможностью содержать секцию отвода воздуха на охлаждение, выполненную в конце порта, по ходу вращения ротора.In addition, the power plant differs in that during the rotation of the rotor of a steam-gas cascade pressure exchanger. for example, in front of the water port of the high-pressure working fluid, there is an additional port for supplying the working fluid, connected to the outlet of the combustion chamber, for example, with a separate high-temperature combustion chamber, the input of which is connected to the outlet port of the high-pressure working fluid of the steam-gas cascade pressure exchanger, while the outlet port of the working fluid The high-pressure body is configured to contain an air exhaust section for cooling, located at the end of the port, along the direction of rotation of the rotor.
Кроме того, энергетическая установка отличается тем. что котел-утилизатор выполнен с возможностью раздельного нагрева в нем рабочего тела, например воды и водяного пара нескольких, например двух или трех давлений, например при этом выход воды из конденсатора пара, выполненного после паровой турбины низкою давления, посредством водяного насоса подключен к газо-водяному подогревателю, например экономайзеру низкого давления котла-утилизатора, после которого водопровод подключен к деаэратору, из которого выполнены отводы конденсата, например таким образом, что один отвод посредством насоса низкого давления, соединен с испарителем низкого давления котла-утилизатора, пар из которого частично, посредством паропровода с регулирующим клапаном подведен к деаэратору, а частично пар через пароперегреватель низкого давления подключен к турбине низкого давления, другой отвод посредством насоса двух давлений соединен с магистралями высокого и среднего давлений, при этом магистраль высокого давления через ряд подогревателей с последовательно увеличивающейся температурой греющего газа подключена к испарителю высокого давления, пар из которого через ряд пароперегревателей с последовательно увеличивающейся температурой греющего газа, подключен к турбине высокого давления, а магистраль среднего давления через, по крайней мере один подогреватель, подключена к испарителю среднего давления, пар из которого, по крайней мере после одного пароперегревателя соединен в смесителе с паром из паропровода после турбины высокого давления, и далее, через ряд пароперегревателей с последовательно увеличивающейся температурой греющего газа подключен к порту подвода рабочего тела высокого давления, являющегося сжимающей средой, парогазового каскадного обменника давлением, порт отвода рабочего тела низкого давления которого разделен, например на три секции, первая и последняя. по ходу вращения ротора, секции могут быть соединены, например через вспомогательную паровую турбину среднего давления, на валу которой может быть выполнен электрогенератор, с деаэратором, а средняя секция порта отвода рабочего тела низкого давления подключена к паровой турбине низкого давления, например через ряд ступеней паровой турбины среднего давления.In addition, the power plant is different. that the waste heat boiler is designed with the possibility of separate heating of the working fluid in it, for example water and water steam of several, for example two or three pressures, for example, the water outlet from the steam condenser, made after the low-pressure steam turbine, is connected to the gas a water heater, for example a low-pressure economizer of a waste-heat boiler, after which the water supply is connected to a deaerator from which condensate outlets are made, for example in such a way that one outlet is connected by means of a low-pressure pump to the low-pressure evaporator of the waste-heat boiler, the steam from which is partially by means of a steam line with a control valve it is connected to the deaerator, and partly the steam is connected to the low-pressure turbine through a low-pressure superheater, the other outlet is connected to the high and medium pressure mains by means of a two-pressure pump, while the high-pressure main is connected through a series of heaters with a successively increasing temperature of the heating gas connected to a high-pressure evaporator, the steam from which, through a series of superheaters with a successively increasing temperature of the heating gas, is connected to a high-pressure turbine, and the medium-pressure line, through at least one heater, is connected to a medium-pressure evaporator, the steam from which at least after one superheater it is connected in a mixer with steam from the steam line after the high-pressure turbine, and then, through a series of superheaters with a successively increasing temperature of the heating gas, it is connected to the supply port of the high-pressure working fluid, which is a compressive medium, a steam-gas cascade pressure exchanger, the outlet port of the low-pressure working fluid the pressure of which is divided, for example, into three sections, the first and the last. as the rotor rotates, the sections can be connected, for example, through an auxiliary medium-pressure steam turbine, on the shaft of which an electric generator can be installed, with a deaerator, and the middle section of the low-pressure working fluid outlet port is connected to the low-pressure steam turbine, for example, through a number of steam stages medium pressure turbines.
Кроме того, энергетическая установка отличается тем, что содержит, по крайней мере, одну промежуточную камеру сгорания, при этом по крайней мере одна промежуточная камера сгорания может содержать дополнительный подвод воздуха, например из компрессора газотурбинного двигателя.In addition, the power plant is characterized in that it contains at least one intermediate combustion chamber, wherein at least one intermediate combustion chamber may contain an additional air supply, for example from a compressor of a gas turbine engine.
Кроме того, энергетическая установка отличается тем, что между устройствами сжатия рабочего тела, например воздуха, например между компрессорами, и, или в газоходе, соединенном с портом подвода рабочего тела низкого давления, например воздуха парогазового каскадного обменника давлением, выполнено, по крайней мере, одно устройство отвода тепла, являющееся промежуточным охладителем, например интегрированное в систему генерации пара в парогенераторе, например в систему генерации пара нескольких давлений в котле-утилизаторе.In addition, the power plant differs in that between devices for compressing the working fluid, for example air, for example between compressors, and, or in the gas duct connected to the supply port of the low-pressure working fluid, for example air of a steam-gas cascade pressure exchanger, there is at least one heat removal device, which is an intercooler, for example integrated into a steam generation system in a steam generator, for example into a multi-pressure steam generation system in a waste heat boiler.
Кроме того, энергетическая установка отличается тем, что содержит устройство наддува газотурбинного двигателя, например в виде, по крайней мере одного компрессора. например с приводом от электромотора.In addition, the power plant is characterized by the fact that it contains a device for supercharging the gas turbine engine, for example in the form of at least one compressor. for example, driven by an electric motor.
Кроме того, энергетическая установка отличается тем, что, по крайней мере. одна камера сгорания и, по крайней мере, турбина высокого давления выделены в отдельный блок, на валу которого может быть выполнен электрогенератор.In addition, the power plant is different in that, at least. one combustion chamber and at least a high-pressure turbine are separated into a separate unit, on the shaft of which an electric generator can be mounted.
Кроме того, энергетическая установка отличается тем, что вал ротора парогазового каскадного обменника давлением подключен к приводу, например от газотурбинного или электрического двигателя, с возможностью регулирования оборотов ротора и. или ротор выполнен с возможностью самовращения, например посредством специальных сопел, выполненных в отдельных портах подвода рабочего тела в каналы ротора, например также с возможностью регулирования оборотов ротора. при этом корпус парогазового каскадного обменника давлением может быть выполнен герметичным.In addition, the power plant differs in that the rotor shaft of the steam-gas cascade pressure exchanger is connected to a drive, for example from a gas turbine or electric motor, with the ability to regulate the rotor speed and so on. or the rotor is made with the possibility of self-rotation, for example, through special nozzles made in separate ports for supplying the working fluid to the rotor channels, for example, also with the ability to regulate the rotor speed. in this case, the housing of the steam-gas cascade pressure exchanger can be made hermetically sealed.
Кроме того, энергетическая установка отличается тем, что газотурбинный двигатель выполнен по безотходному циклу, например таким образом, что содержит установку по выработке кислорода, например воздухоразделительную установку и систему утилизации продуктов сгорания, по крайней мере углекислого газа и воды, при этом выход рабочего тела, например углекислого газа, по крайней мере его части, после котла-утилизатора и системы сепарации конденсата, например после дополнительного охладителя, подключен ко входу компрессора, например газотурбинного двигателя, соединенного с портом подвода рабочего тела низкого давления парогазового каскадного обменника давлением, а камера сгорания, в том числе, при ее наличии и промежуточная камера сгорания, а возможно и высокотемпературная камера сгорания подключены через регулирующие клапаны к подводам топлива и сжатого окислителя, например кислорода.In addition, the power plant is characterized by the fact that the gas turbine engine is designed according to a waste-free cycle, for example in such a way that it contains an oxygen production unit, for example an air separation unit and a system for recycling combustion products, at least carbon dioxide and water, while the output of the working fluid is for example, carbon dioxide, at least part of it, after a waste heat boiler and a condensate separation system, for example after an additional cooler, is connected to the inlet of a compressor, for example a gas turbine engine, connected to the low-pressure working fluid supply port of a steam-gas cascade pressure exchanger, and the combustion chamber, including, if present, the intermediate combustion chamber, and possibly the high-temperature combustion chamber, are connected through control valves to the supplies of fuel and compressed oxidizer, for example oxygen.
Кроме того, энергетическая установка отличается тем. что по крайней мере часть паропроводов содержит регулирующие клапаны с возможностью регулирования расхода через них рабочего тела в парогазовый каскадный обменник давлением и из него. в паровые турбины, например в деаэратор, в атмосферу и.т.п.In addition, the power plant is different. that at least some of the steam pipelines contain control valves with the ability to regulate the flow of the working fluid through them into and out of the steam-gas cascade pressure exchanger. into steam turbines, for example into a deaerator, into the atmosphere, etc.
Кроме того, энергетическая установка отличается тем, что устройство подвода тепла к рабочему телу после порта отвода рабочего тела высокого давления парогазового каскадного обменника давлением выполнено в виде теплообменного аппарата, например с керамической теплообменной поверхностью, установленного в котле, например с возможностью сжигания твердого топлива, которое может быть предварительно газифицировано, а подвод воздуха в топку котла подключен к выпуску из турбины газотурбинного двигателя, при этом на выходе из котла установлен парогенератор в виде котла-утилизатора, например с возможностью дожигания дополнительного топлива, подключенный к паровой турбине и к системе подачи питательной воды.In addition, the power plant differs in that the device for supplying heat to the working fluid after the outlet port of the high-pressure working fluid of the steam-gas cascade pressure exchanger is made in the form of a heat exchanger, for example with a ceramic heat exchange surface, installed in the boiler, for example with the ability to burn solid fuel, which can be pre-gasified, and the air supply to the boiler furnace is connected to the outlet from the turbine of the gas turbine engine, while at the outlet of the boiler a steam generator is installed in the form of a waste heat boiler, for example with the possibility of afterburning additional fuel, connected to the steam turbine and to the feedwater supply system .
Кроме того, энергетическая установка отличается тем, что по крайней мере один теплообменный аппарат - парогенератор, например в виде котла-утилизатора, возможно котел с теплообменным аппаратом, подключенным к порту отвода рабочего тела высокого давления парогазового каскадного обменника давлением, выполнены напорными, то есть расположены, по ходу движения рабочего тела. перед турбиной низкого давления, выполненной на валу газотурбинного двигателя, или на отдельном вату, например с электрогенератором, при этом за турбиной низкого давления может быть установлен газовый подогреватель питательной воды перед подачей ее в парогенератор, например в виде котла -утилизатора.In addition, the power plant is distinguished by the fact that at least one heat exchanger - a steam generator, for example in the form of a waste heat boiler, possibly a boiler with a heat exchanger connected to the outlet port of the high-pressure working fluid of the steam-gas cascade pressure exchanger, is made pressure, that is, located , in the direction of movement of the working fluid. in front of a low-pressure turbine made on the shaft of a gas turbine engine, or on a separate unit, for example with an electric generator, while a gas feedwater heater can be installed behind the low-pressure turbine before feeding it into the steam generator, for example in the form of a waste heat boiler.
Кроме того, энергетическая установка отличается тем, что газотурбинный двигатель выполнен по полузамкнутому циклу, при этом выход рабочего тела, по крайней мере, после котла-утилизатора и сепаратора конденсата, подключен, с возможностью регулирования расхода рабочего тела, частично к атмосфере, либо к турбине низкого давления, а частично ко входу компрессора, например низкого давления, вход которого также частично подключен к атмосфере, или к компрессору устройства наддува.In addition, the power plant is distinguished by the fact that the gas turbine engine is made in a semi-closed cycle, while the output of the working fluid, at least after the waste heat boiler and condensate separator, is connected, with the ability to regulate the flow of the working fluid, partially to the atmosphere or to the turbine low pressure, and partly to the inlet of a compressor, for example low pressure, the inlet of which is also partly connected to the atmosphere, or to the compressor of a supercharging device.
На схемах изображено.The diagrams show.
Фиг. 1. Парогазовый каскадный обменник давлением. Вид спереди.Fig. 1. Steam-gas cascade pressure exchanger. Front view.
Фиг. 2. Парогазовый каскадный обменник давлением с дополнительным портом подвода рабочего тела. Вид спереди.Fig. 2. Steam-gas cascade pressure exchanger with an additional port for supplying the working fluid. Front view.
Фиг. 3. Парогазовый каскадный обменник давлением с дополнительным портом подвода рабочего тела. Вид сзади.Fig. 3. Steam-gas cascade pressure exchanger with an additional port for supplying the working fluid. Back view.
Фиг. 4. Парогазовая энергетическая установка с надстройкой высокого давления ГТД и котлом -утилизатором трех давлений.Fig. 4. Combined-cycle power plant with a high-pressure gas turbine engine superstructure and a waste heat boiler of three pressures.
Фиг. 5. Парогазовая энергетическая установка с дополнительной высокотемпературной камерой сгорания, с надстройкой высокого давления ГТД и котлом -утилизатором трех давлений. Показана развертка парогазового каскадного обменника давлениемFig. 5. Steam-gas power plant with an additional high-temperature combustion chamber, with a high-pressure gas turbine engine superstructure and a three-pressure waste heat boiler. Shown is the development of a steam-gas cascade pressure exchanger
Фиг. 6. Парогазовая энергетическая установка с устройством подвода тепла в виде теплообменного аппарата.Fig. 6. Steam-gas power plant with a heat supply device in the form of a heat exchanger.
Парогазовая энергетическая установка содержит газотурбинный двигатель 1. с компрессором 2 и устройством подвода тепла в виде теплообменного аппарата 3, или камеры сгорания 4, подключенных к порту отвода рабочего тела высокого давления 5 парогазового каскадного обменника давлением 6, содержащего корпус 7, в котором установлен с возможностью вращения ротор 8, с рядами 9 каналов 10, с впускными 11 и выпускными 12 отверстиями, с возможностью их периодического совмещения с портами в корпусе 7, в котором выполнены порт подвода рабочего тела низкого давления 13, порт подвода рабочего тела высокого давления 14, порт отвода рабочего тела низкого давления 15, порты, подключенные к массообменным (перепускным) каналам 16, может содержать дополнительный порт подвода рабочего тела 17, подключенный к выходу, например из высокотемпературной камеры сгорания 18, турбину высокого давления 19, например надстройки высокого давления 20 газотурбинного двигателя 1 с турбиной, по крайней мере низкого давления 21, парогенератор в виде котла-утилизатора 22, например трех давлений с магистралями низкого 23, среднего 24 и высокого 25 давлений, подключенный к паровой турбине с цилиндрами высокого 26, например среднего 27 и низкого 28 давлений, конденсатор пара 29, питательный (конденсатный) насос 30, деаэратор 31, вспомогательную паровую турбину 32, может содержать котел 33 с топкой 34, может содержать промежуточный охладитель 35, например интегрированный с котлом-утилизатором 22 нескольких давлений, регулирующие клапаны 36, электрогенератор 37, устройство регулирования оборотов 38 парогазового каскадного обменника давлением 6, промежуточную камеру сгорания 39.A combined-cycle power plant contains a
Парогазовая энергетическая установка работает следующим образом.A combined cycle power plant operates as follows.
При пуске газотурбинного двигателя от какого-либо стартерного устройства (на схемах не показано) в компрессоре 2 газотурбинного двигателя 1, (Фиг. 4) сжимается воздух, который затем поступает в порт подвода рабочего тела низкого давления 13 парогазового каскадного обменника давлением 6 (Фиг.-1), ротор 8 которого вращается от устройства регулирования оборотов 38, например в виде электромотора-генератора. При этом порт подвода рабочего тела высокого давления 14 и порт отвода рабочего тела низкого давления 15 перекрыты регулирующими клапанами 36. Воздух низкого давления заполняет каналы 10 в рядах 9 ротора 8, которые при вращении ротора 8 совмещаются с портом отвода рабочего тела высокого давления 5, при этом, сжатый воздух, поступает в камеру сгорания 4 надстройки высокого давления 20, куда также подводится топливо. Образованная в камере сгорания 18 смесь воздуха и продуктов сгорания расширяется в турбине высокого давления 19, вращая электрогенератор, затем поступает в промежуточную камеру сгорания 39, куда также подводится топливо. Образованные в камере сгорания 39 продукты сгорания расширяется в турбине 21 газотурбинного двигателя 1, вращая вал отбора мощности с компрессором 2 и электрогенератором 37. Затем рабочее тело - продукты сгорания поступают в котел-утилизатор 22 трех давлений, подогревая и испаряя воду в магистралях (контурах) низкого 23, среднего 24 и высокого 25 давлений. После того, как в котле-утилизаторе 22 выработается пар достаточного объема и давления, закрытые до этого регулирующие клапаны 36 открываются, а воздух, находящийся в трубопроводах сбрасывается в атмосферу, при этом в порт подвода рабочего тела высокого давления 14 подается пар, который увеличивает давление воздуха перед камерой сгорания 4. Полученный в котле-утилизаторе 22 пар, из магистрали низкого давления 23 поступает в турбину (цилиндр турбины) низкого давления 28 и расширяется в ней, вращая электрогенератор, а также через регулирующий клапан 36 может поступать в деаэратор 31, нагревая, поступающий в него конденсат. Пар из магистрали высокого давления 25 поступает в турбину (цилиндр турбины) высокого давления 26, расширяется в ней, вращая электрогенератор, затем смешивается с паром из магистрали среднего давления 24, вновь подогревается в пароперегревателе котла-утилизатора 22 и поступает в порт подвода рабочего тела высокого давления 14 парогазового каскадного обменника давлением 6, сжимает находящийся в каналах 10 ротора 8 воздух и выталкивает его в порт отвода рабочего тела высокого давления 5, из которого воздух высокого давления поступает в камеру сгорания 4 надстройки высокого давления 20. При вращении ротора 8, заполняющий каналы 10 ротора 8 пар ступенчато расширяется через перепускные каналы 16, после чего, через порт отвода рабочего тела низкого давления 15 покидает парогазовый каскадный обменник давлением 6. При этом из первой, по ходу вращения ротора, и из последней секций порта отвода рабочего тела низкого давления 15 паровоздушная смесь, образованная при контакте пара и воздуха в каналах 10 ротора 8, поступает во вспомогательную турбину 32, расширяется в ней, вращая электрогенератор, и поступает в деаэратор 31, где нагревает, поступающий в него конденсат. Пар из средней секции порта отвода рабочего тела низкого давления 15 поступает в ступени турбины среднего давления, а затем расширяется в турбине (цилиндре турбины) низкого давления 28, вращая электрогенератор. Отработав в турбине низкого давления 28 пар поступает в конденсатор 29, куда подается охладитель, конденсируется в нем и далее конденсат посредством конденсатного насоса 30 подается в газовый подогреватель конденсата в котле -утилизаторе 22, а затем поступает в деаэратор 31, где он подогревается и из него удаляются растворенные газы, после этого конденсат питательными насосами разных давлений распределяется по контурам низкого 23, среднего 24 и высокого давлений 25, котла-утилизатора 22. Выполненный перед портом подвода рабочего тела низкого давления 13 промежуточный охладитель 35 отводит тепло от сжатого воздуха, воздух уменьшается в объеме и объем пара, необходимого для его сжатия в парогазовом каскадном обменнике давлением также уменьшается. Отведенное от воздуха тепло может нагревать конденсат и генерировать пар в магистралях высокого 25 среднего 24 и низкого давлений 23, а также в газовом подогревателе конденсата котла -утилизатора 22, которые могут быть частично подключены к промежуточному охладителю 35 в качестве охладителя.When starting a gas turbine engine from any starter device (not shown in the diagrams), air is compressed in the
Парогазовый каскадный обменник давлением 6 может содержать дополнительный порт подвода рабочего тела 17 (Фиг. 2, Фиг. 3, Фиг. 5), при этом продукты сгорания из высокотемпературной камеры сгорания 18, с температурой газа, которая может быть выше, чем после камеры сгорания 4, поступают в дополнительный порт подвода рабочего тела 17, сжимают находящиеся в каналах 10 ротора 8 пар и воздух и частично заполняют каналы 10 ротора 8, после чего, при вращении ротора 8, каналы 10 совмещаются с портом подвода рабочего тела высокого давления 5 и во впускные отверстия 11 каналов 10 ротора 8 поступает пар высокого давления, который сжимает уже находящиеся в них пар, воздух и продукты сгорания и выталкивает, через выпускные отверстия 12 каналов 10 ротора 8, продукты сгорания и воздух в порт отвода рабочего тела высокого давления 5, подключенный ко входам камеры сгорания 4 и высокотемпературной камеры сгорания 18.The steam-gas
Устройство нескольких рядов 9 каналов 10 (Фиг.-1, Фиг.-2, Фиг.-3) повышает расход рабочего тела через парогазовый каскадный обменник давлением 6 и увеличивает его эффективность за счет снижения негативного влияния ударных волн.The arrangement of several rows of 9 channels 10 (Fig.-1, Fig.-2, Fig.-3) increases the flow of the working fluid through the steam-gas
Устройство подвода тепла к рабочему телу может быть выполнено в виде теплообменного аппарата 3 (Фиг. 6) при этом в топке 34 котла 33 возможно сжигать твердое топливо, например уголь, который может быть предварительно газифицирован. При работе компрессора 2 газотурбинного двигателя 1 в нем сжимается воздух, который затем поступает в парогазовый каскадный обменник давлением 6, дополнительно сжимается в нем, после чего подается в теплообменный аппарат 3 где к воздуху подводится тепло, после чего воздух расширяется в турбине 21 газотурбинного двигателя 1, вращая электрогенератор 37. Затем воздух с остаточным давлением подается в котел 33 и участвует в горении топлива. Продукты сгорания из котла 33 могут подаваться в дополнительную топку 34, где их температура повышается, а могут напрямую поступать в котел-утилизатор 22, а затем в атмосферу. Пар из котла-утилизатора 22 распределяется таким образом, что часть его расширяется в турбине цилиндрах высокого 26, среднего 27 и низкого давлений, вращая электрогенератор, а часть пара расширяется с парогазовом каскадном обменнике давлением 6, сжимая воздух, после чего также расширяется в паровой турбине, например в цилиндре низкого давления 28.The device for supplying heat to the working fluid can be made in the form of a heat exchanger 3 (Fig. 6), while in the
Парогазовая энергетическая установка может быть выполнена по безотходному циклу. (На схемах не показано) При этом рабочее тело, например углекислый газ циркулирует в газотурбинном двигателе по замкнутому контуру. Окислитель -кислород в камеру сгорания 4 и, например, в промежуточную камеру сгорания 39, а возможно и в высокотемпературную камеру сгорания 18 подается из воздухоразделительной установки (на схемах не показано), а полученный в котле-утилизаторе 22 водяной пар расширяется в цилиндрах высокого 26, например среднего 27 и низкого давления 28 паровой турбины, а также расширяется, сжимая воздух, в парогазовом каскадном обменнике давлением 6, после чего поступает, например в ступени среднего давления и в цилиндр низкого давления 28 паровой турбины, совершая работу. Полученный в результате горения топлива дополнительный углекислый газ и водяной пар вместе с циркулирующим в газотурбинном двигателе 1 углекислым газом, расширяется в турбине 21 газотурбинного двигателя 1, затем поступают в котел-утилизатор 22 после чего в сепараторе конденсата от газообразного рабочего тела отделяется вода (конденсат) и частично используется в паровом контуре установки, а излишний углекислый газ утилизируется, каким -либо из известных способов.A combined cycle power plant can be implemented in a waste-free cycle. (Not shown in the diagrams) In this case, the working fluid, for example carbon dioxide, circulates in a gas turbine engine in a closed loop. The oxidizer - oxygen is supplied to the
Парогазовая энергетическая установка может быть выполнена по полузамкнутому циклу (На схемах не показано). При этом установка может содержать устройство наддува, что уменьшает габариты котла -утилизатора 22 и улучшает регулирование газотурбинного двигателя 1. Воздух их атмосферы, например через компрессор устройства наддува, а затем через промежуточный охладитель 35, в количестве немного превышающим количество воздуха необходимое для горения топлива, поступает в компрессор 2 газотурбинного двигателя 1 и сжимается в нем. Одновременно на вход компрессора 2 подается балластный газ (продукты сгорания) из котла-утилизатора 22, после дополнительного охладителя и сепаратора конденсата и также сжимается в нем. В камере сгорания 4 воздух участвует в горении топлива, а балластный газ (продукты сгорания) выступает в качестве охладителя, затем продукты сгорания и балластный газ расширяются в турбине 21 газотурбинного двигателя 1, затем поступают в котел-утилизатор 22, где отдают тепло, после чего могут расширяться в турбине устройства наддува.A combined cycle power plant can be implemented in a semi-closed cycle (not shown in the diagrams). In this case, the installation may contain a pressurization device, which reduces the dimensions of the
Использование данного изобретения позволит повысить КПД и экологические характеристики парогазовых энергетических установок, при минимальном увеличении массогабаритных параметров.The use of this invention will improve the efficiency and environmental characteristics of combined cycle power plants, with a minimal increase in weight and size parameters.
Claims (13)
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019127349A RU2811729C2 (en) | 2019-08-22 | Combined-cycle power plant | |
| PCT/RU2020/000443 WO2021034221A1 (en) | 2019-08-22 | 2020-08-20 | Antoni cycle gas-steam power plant |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019127349A RU2811729C2 (en) | 2019-08-22 | Combined-cycle power plant |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2019127349A RU2019127349A (en) | 2021-02-24 |
| RU2811729C2 true RU2811729C2 (en) | 2024-01-16 |
Family
ID=
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2000012871A2 (en) * | 1998-08-31 | 2000-03-09 | William Scott Rollins, Iii | High power density combined cycle power plant system and method |
| UA77261C2 (en) * | 2004-08-21 | 2006-11-15 | East Ukrainian Volodymyr Dal N | Cascade pressure exchanger |
| RU2382240C1 (en) * | 2008-10-30 | 2010-02-20 | Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Калининградский государственный технический университет" | Pressure exchanger |
| UA100827C2 (en) * | 2012-01-03 | 2013-01-25 | Восточноукраинский Национальный Университет Имени Владимира Даля | Gas-turbine installation with cascade pressure exchanger |
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2000012871A2 (en) * | 1998-08-31 | 2000-03-09 | William Scott Rollins, Iii | High power density combined cycle power plant system and method |
| UA77261C2 (en) * | 2004-08-21 | 2006-11-15 | East Ukrainian Volodymyr Dal N | Cascade pressure exchanger |
| RU2382240C1 (en) * | 2008-10-30 | 2010-02-20 | Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Калининградский государственный технический университет" | Pressure exchanger |
| UA100827C2 (en) * | 2012-01-03 | 2013-01-25 | Восточноукраинский Национальный Университет Имени Владимира Даля | Gas-turbine installation with cascade pressure exchanger |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP3314096B1 (en) | Power system and method for producing useful power from heat provided by a heat source | |
| CA2486013C (en) | Device for utilizing the waste heat of compressors | |
| RU2015353C1 (en) | Method of operation of steam-gas-turbine power plant | |
| US5678401A (en) | Energy supply system utilizing gas and steam turbines | |
| US20050056001A1 (en) | Power generation plant | |
| RU2237815C2 (en) | Method of and device for obtaining useful energy in combination cycle (versions) | |
| CZ163492A3 (en) | Combined gas/steam power plant | |
| US20190323384A1 (en) | Boilor plant and method for operating the same | |
| RU2335641C2 (en) | Method of enhancing efficiency and output of two-loop nuclear power station | |
| KR101753526B1 (en) | Combined cycle power generation system | |
| RU2199020C2 (en) | Method of operation and design of combination gas turbine plant of gas distributing system | |
| RU2811729C2 (en) | Combined-cycle power plant | |
| RU2769044C1 (en) | Steam-gas plant with compressor steam turbine drive and high-pressure steam generator with intermediate steam superheater | |
| RU2811448C2 (en) | Combined-cycle power plant | |
| RU2740670C1 (en) | Method of operation of steam-gas plant of power plant | |
| WO2021034221A1 (en) | Antoni cycle gas-steam power plant | |
| RU2377428C1 (en) | Combined gas turbine plant (versions) | |
| RU2837755C2 (en) | Gas-steam power plant | |
| RU2727274C1 (en) | Cogeneration gas-turbine power plant | |
| RU2528214C2 (en) | Gas turbine co-generation power plant | |
| KR20220149996A (en) | Combined cycle power generation system | |
| RU2309264C1 (en) | Method of power generation in steam-gas power plant | |
| RU2791638C1 (en) | Gas-steam power plant | |
| RU2019127349A (en) | Combined cycle power plant according to Antoni cycle | |
| RU2775732C1 (en) | Oxygen-fuel power plant |