1.8 Тепловая схема газотурбинной установки с котлами – утилизаторами. Котел газотурбинный

Теплофикационная газотурбинная установка

Изобретение относится к энергетике. Теплофикационная газотурбинная установка, содержащая компрессор, соединенный последовательно с камерой сгорания, газовой турбиной и электрогенератором, к выхлопу газовой турбины подключен паровой котел-утилизатор, соединенный по пару с тепловым потребителем, причем она дополнительно содержит паровую турбину с конденсатором, соединенную через эластичную гидромуфту с валом компрессора, при этом выход котла-утилизатора соединен с входом паровой турбины паропроводом, на входе в котел-утилизатор установлена камера дожигания. Изобретение позволяет повысить эффективность ТЭЦ при комбинированном производстве электрической и тепловой энергии. 1 ил.

Теплофикационная газотурбинная установка относится к области теплоэнергетики и может быть применена на промышленных ТЭЦ.

Известна парогазовая установка (Патент РФ №2409746, МПК F01K 21/04, опубл. 20.01.2011), которая содержит паровую турбину, компрессор, камеру сгорания, газовую турбину, котел-утилизатор с пароперегревателем, испарителем, газоводяным подогревателем питательной воды, газопровод, электрогенератор, конденсатор, паропровод острого пара, трубопровод питательной воды, пароперегреватель котла-утилизатора связан паропроводом острого пара с входом паровой турбины, конденсатор трубопроводом питательной воды соединен с входом газоводяного подогревателя питательной воды. При этом количество вырабатываемого пара зависит от температуры газов на выходе из газовой турбины, которая определяется температурой наружного воздуха, поступающего в компрессор и уровнем электрической нагрузки.

Недостатком описанной установки является то, что рассматриваемая установка предназначена для производства только электрической энергии.

Наиболее близким к заявляемому изобретению является теплофикационная газотурбинная установка с паровым котлом-утилизатором, вырабатывающим пар за счет охлаждения продуктов сгорания, выходящих из газовой турбины, направляемый тепловому потребителю (Цанев С.В., Буров В.Д., Ремезов А.Н. Газотурбинные и парогазовые установки тепловых электростанций. М.: Издательство МЭИ, 2002, стр.434). Теплофикационная газотурбинная установка содержит компрессор, соединенный с камерой сгорания, продукты сгорания из которой подают на вход газовой турбины. К выходу газовой турбины подключен паровой котел-утилизатор, вырабатывающий пар для теплового потребителя и обеспечения собственных нужд энергоустановки. Вход котла-утилизатора по пароводяному тракту соединен питательным насосом. Привод компрессора газотурбинной установки осуществляется от газовой турбины.

Недостатком описанной теплофикационной газотурбинной установки является снижение тепловой экономичности при переменных тепловых и электрических нагрузках. При уменьшении тепловой нагрузки потребителя и необходимости выработки требуемого количества электрической энергии часть продуктов сгорания после газовой турбины перепускают помимо котла-утилизатора, что снижает коэффициент полезного использования энергии топлива. Если возможно снижение одновременно тепловой и электрической мощности, в этом случае резко уменьшается электрический КПД установки.

Задачей и техническим результатом изобретения является повышение тепловой эффективности теплофикационной газотурбинной установки. Поставленная задача достигается тем, что компрессор ГТУ соединен последовательно с камерой сгорания и газовой турбиной, выход которой подключен к паровому котлу-утилизатору, соединенному по пару с тепловым потребителем и входом паровой турбины, выход паровой турбины подключен к конденсатору. Вход котла-утилизатора по пароводяному тракту подключен к питательному насосу, соединенному с конденсатором и трубопроводом возвращаемого конденсата от потребителя. При снижении тепловой нагрузки потребителя избыточный пар котла-утилизатора подают в паровую турбину, вал которой соединяется с валом компрессора с помощью эластичной гидромуфты. Вырабатываемая мощность паровой турбины расходуется на привод компрессора, уменьшая затрачиваемую мощность от газовой турбины, что приводит к увеличению электрической мощности ГТУ и КПД по выработке электроэнергии. В случае необходимости увеличения количества отпускаемой теплоты потребителю на входе в котел-утилизатор продуктов сгорания установлена камера дожигания топлива.

Изобретение поясняется чертежом (фиг.1), где изображена тепловая схема теплофикационной газотурбинной установки.

Теплофикационная ГТУ содержит компрессор 1, соединенный последовательно с камерой сгорания 2, газовой турбиной 3, электрогенератором 4, паровым котлом-утилизатором 5, тепловым потребителем 6. Вход пароводяного тракта котла-утилизатора 5 соединен с питательным насосом 7. Выход пара котла-утилизатора паропроводом 11 через задвижку 13 подключен к входу паровой турбины 8, выход которой соединен с конденсатором 9. Соединение вала паровой турбины 8 с валом компрессора 1 осуществляется с помощью эластичной гидромуфты 10. На потоке газов между выхлопом газовой турбины и входом в котел-утилизатор установлена камера дожигания топлива 12, с помощью которой обеспечивается требуемая тепловая нагрузка потребителя при изменении электрической нагрузки газотурбинной установки.

Теплофикационная газотурбинная установка работает следующим образом. В период максимальных тепловых нагрузок воздух из атмосферы сжимается в компрессоре 1 и поступает в камеру сгорания 2, куда подают топливо. Из камеры сгорания газ направляется в газовую турбину 3, где совершается полезная работа, затем поступает в котел-утилизатор 5 с камерой дожигания 12. Теплота, отводимая от газа в котле-утилизаторе, используется для выработки пара, направляемого тепловому потребителю 6. Возвращаемый от потребителя конденсат питательным насосом 7 подается в котел-утилизатор. При увеличении тепловой нагрузки потребителя может быть включена камера дожигания путем подачи в нее топлива. В случае уменьшения тепловой нагрузки потребителя 6 избыточный пар котла-утилизатора 5 по паропроводу 11 и задвижку 13 подают на вход паровой турбины 8, вал которой с помощью эластичной гидромуфты 10 соединяется с валом компрессора 1. Выработка механической мощности паровой турбиной уменьшает мощность, затрачиваемую на привод компрессора от газовой турбины, что приводит к увеличению полезной электрической мощности ГТУ и КПД по выработке электроэнергии.

Теплофикационная газотурбинная установка, содержащая компрессор, соединенный последовательно с камерой сгорания, газовой турбиной и электрогенератором, к выхлопу газовой турбины подключен паровой котел-утилизатор, соединенный по пару с тепловым потребителем, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит паровую турбину с конденсатором, соединенную через эластичную гидромуфту с валом компрессора, при этом выход котла-утилизатора соединен с входом паровой турбины паропроводом, на входе в котел-утилизатор установлена камера дожигания.

www.findpatent.ru

1.8 Тепловая схема газотурбинной установки с котлами – утилизаторами

Утилизация теплоты выхлопных газов газовых турбин происходит в котлах – утилизаторах для генерации промышленного пара 1,5 МПа, 295 ОС. Схема принята с поперечными связями. Котлы – утилизаторы подключены по промышленному пару на два коллектора, соединенные с соответствующими коллекторами существующей части главного корпуса, от которых пар подается на пиковые сетевые подогреватели и на производство.

Конденсат с производства, конденсат теплообменников и подпиточная химочищенная подогретая вода деаэрируется в атмосферных деаэраторах. Пар в деаэраторы поступает из коллектора пара 0,12 МПа существующей части. Деаэраторы имеют перемычки по пару и воде. Питательная вода с температурой 104 ОС подается в экономайзеры КУ.

Непрерывная продувка котлов после расширителей непрерывной продувки (РНП) направляется без охлаждения на испарительную установку, пар из РНП поступает в коллектор пара 0,12 МПа.

1.9 Котлы – утилизаторы

Для утилизации тепла уходящих газов за газовыми турбинами устанавливаются горизонтальные котлы – утилизаторы АОЗТ “Подольский машиностроительный завод”. Котлы – утилизаторы вырабатывают технологический пар давлением 1,5 МПа, температурой 295 оС и позволяет получать горячую воду для теплоснабжения за счет размещения в котлах газоводянных теплообменников (ГВТО), включенных в замкнутый контур, тепло от которых снимается в специальных теплообменниках.

Котел выполняется газоплотным. Поверхности нагрева котла выполняются дренируемыми из труб с наружным спиральным оребрением.

За каждым котлом предусматривается установка шумоглушителя, газового плотного клапана и ремонтной заглушки.

Котел – утилизатор горизонтальной компоновки имеет следующие преимущества по сравнению с вертикальным:

- меньшее аэродинамическое сопротивление газоходов;

- отсутствуют циркуляционные насосы, что упрощает компоновку и схему котла, снижает расход электроэнергии на собственные нужды ТЭЦ;

- имеется возможность использования кранового оборудования для монтажа и ремонта котлов.

Техническая характеристика котла-утилизатора горизонтальной компоновки приведена в таблице 1.3

Таблица 1.3 - Техническая характеристика котла – утилизатора

studfiles.net

Газотурбинная установка ГТЭ-45 | Проектирование тепловых электростанций

Поделиться "Газотурбинная установка ГТЭ-45"

Газовая турбина ГТЭ-45

В статье представлена ГТУ ГТЭ-45, указаны ее технические характеристики, габаритные размеры и принципиальная схема ГТУ.

Разработчик и изготовитель - НПО "Турбоатом" (г. Харьков, Украина).

Газотурбинная установка ГТЭ-45 предназначена для выработки электроэнергии в составе парогазовой установки с высоконапорным парогенератором и в составе парогазовой установки со сбросом газов в котел или с подогревом • отработавшими газами питательной воды, а также в качестве автономной ГТУ с утилизацией или без утилизации тепла уходящих газов.Может использоваться в базовом, полупиковом и пиковом режимах.

Техническая характеристика ГТЭ-45 при работе а составе блока ПГУ-250:

• номинальная мощность - 62,0 МВт

температура газа:

• перед турбиной - 850 С
• за турбиной – 470 С
• степень повышения давления воздуха - 8,2
• расход газа на выхлопе - 281 кг/с
• Удельная масса турбогруппы - 2,8 кг/кВт

Техническая характеристика автономной ГТЭ-45:

• Номинальная мощность - 56,7 МВт

температура газа:

• перед турбиной - 900 С
• за турбиной – 468 С
• степень повышения давления воздуха - 7,9
• расход газа на выхлопе - 285 кг/с
• Топливо – природный газ, газотурбинное

Габаритные размеры турбогруппы:

• Длина - 16,2 м
• Ширина - 4,6 м
• высота - 4,0 м

тепловая схема ГТЭ-45

Конструкция установки. Газотурбинная установка выполнена одновальной по простой схеме и включает в себя осевой компрессор, турбину, систему автоматического регулирования, управления и защиты, устройство тиристорного пуска с использованием генератора в качестве привода, аппаратуру контроля и сигнализации, систему топливоподачи, систему маслоснабжения. ГТЭ-45, предназначенная для работы в составе парогазового блока, не имеет своей камеры сгорания.

Турбина и компрессор имеют общий корпус. Роторы компрессора и турбины, соединенные между собой жесткой муфтой, имеют три опоры. В собранном виде турбина и компрессор образуют единый транспортабельный блок - турбокомпрессорную группу.

Камера сгорания автономной ГТУ - кольцевая прямоточного типа, оснащена 18 комбинированными двухтопливными горелками. Форсунки двухступенчатые, механического распыла.

Компрессор шестнадцатиступенчатый. Входной направляющий аппарат выполнен с поворотными лопатками.

Ротор компрессора дискобарабанного типа, сварен из трех частей. Хвостовые соединения лопаток зубчикового типа выполнены в осевом направлении по дуге окружности.

Турбина имеет четыре ступени. Сопловые лопатки 1-, 2- и 3-й ступеней полые, литые, лопатки 4-й ступени штампованные. Сопловые лопатки 1-й ступени дефлекторного типа с конвективным охлаждением.

Выхлоп из турбины осевой, с развитым диффузором. Ротор турбины комбинированного типа: откованные заодно с хвостовиками диски 3- и 4-й ступеней сварены между собой, а диски 1- и 2-й ступеней насадные.

Рабочие лопатки соединяются с дисками замками “елочного” типа, выполненными по дуге окружности. Рабочие лопатки 1-, 2- и 3-й ступеней выполнены с удлиненной ножкой.

На базе ГТЭ-45 в НПО "Турбоатом" разработана модифицированная установка ГТЭ-45М (ГТЭ-65) мощностью 64 МВт с КПД 30,1%.

Поделиться "Газотурбинная установка ГТЭ-45"

(Visited 2 722 times, 1 visits today)

Читайте также

ccpowerplant.ru

Газотурбинные электростанции. Мобильная газотурбинная электростанция

Для функционирования промышленных и хозяйственных объектов, находящихся на значительном удалении от централизованных линий электропередачи, применяются электрогенерирующие установки малой энергетики. Они могут функционировать на различных видах топлива. Наибольшее распространение получили газотурбинные электростанции благодаря высокому КПД, способности генерировать тепловую энергию и ряду других особенностей.

Принцип действия

Основу газотурбинной электростанции (ГТЭС) составляет газотурбинный двигатель – силовая установка, работающая на энергии сгорания газообразного топлива, механически связанная с электрогенераторами и объединенная с ними в единую систему. Газотурбинная установка является самым мощным двигателем внутреннего сгорания. Ее удельная мощность может составлять 6 кВт/кг.В отличие от других типов силовых установок, в ГТД все процессы происходят в потоке постоянно движущегося газа. Сжатый компрессорами атмосферный воздух вместе с топливом поступает в камеру сгорания. Смесь воспламеняется с выделением большого количества продуктов сгорания под высоким давлением, которые давят на лопасти, вращают их, а вместе с ними и электрогенераторы.

Мощность газотурбинной электростанции варьируется от 20 киловатт до нескольких сотен мегаватт. В качестве топлива может использоваться любой горючий материал, который можно диспергировать (тонко измельчить) и представить в газообразном виде.

Преимущества ГТЭС

Важным преимуществом газотурбинных электростанций является возможность одновременного использования двух видов энергии – электрической и тепловой. Причем количество тепла, отдаваемое потребителю, в два-три раза больше, чем количество вырабатываемого электричества. Когенерация (процесс выработки двух типов энергии) становится возможной при установке специального котла утилизатора на выхлопе турбины.Используя газотурбинные электростанции, удается создать автономные энергетические комплексы, которые способны разрешить одновременно несколько задач:

1. Обеспечить электроэнергией частные и промышленные объекты.
2. Утилизировать побочный газ при нефтедобыче.
3. Обогреть технические помещения и жилые корпуса побочным теплом.

Все это позволяет в значительной мере снизить затраты на обеспечение предприятия, создать оптимальные условия для работы персонала и сконцентрировать материальные средства и капитал на расширении производства и решении других, более важных задач.

Особенности газотурбинных электростанций

Одной из главных особенностей ГТЭС является способность функционирования практически на любом виде топлива. Как уже отмечалось ранее, для работы газотурбинные электростанции могут использовать горючее, которое можно диспергировать. В качестве такого могут выступать бензин, мазут, нефть, природный газ, спирт и даже измельченный уголь.В конструкции ГТЭС практически отсутствуют движущиеся элементы. Единственная подвижная деталь, которая объединяет ротор генератора, колеса турбины и компресс, может быть подвешена при помощи газодинамического подшипника. В результате этого износ рабочих узлов будет сведен к минимуму, что существенным образом скажется на долговечности установки.

Одновременно с этим увеличивается и период межсервисного обслуживания до 60 тыс. часов беспрерывной работы или до 7 лет эксплуатации. Газотурбинные электростанции нельзя использовать в качестве резервных источников энергии, ибо в момент пуска особенно интенсивно изнашиваются детали. Количество запусков установок ограничено 300 в год.

Мобильные ГТЭС

Особое место в промышленной сфере занимают мобильные газотурбинные установки. В отличие от обычных ГТЭС они обладают меньшими габаритами и массой, оборудуются на передвижной платформе и оснащаются электронными системами управления. Как правило, такие комплексы используются для восстановления подачи электроэнергии на объект.Мобильная газотурбинная электростанция развертывается на площадках с твердым покрытием, обеспечивающих устойчивое положение. К ней подводится топливопровод, а в непосредственной близости устанавливается трансформаторная подстанция. Время развертывания зависит от типа установки, но обычно не превышает 8-12 часов.

Мощность мобильных установок варьируется от 5 до 25 МВт. При этом КПД передвижных ГТЭС начинает расти от 35%. Как и стационарные электростанции, мобильные комплексы также выделяют тепловую энергию. Но вместе с этим создают меньше расходов, связанных с эксплуатацией и пусконаладочными работами.

Парогазовые электростанции

Парогазовую установку можно назвать модификацией ГТЭС. Как и газотурбинные установки электростанций, подобные генераторы используют энергию сгорания диспергированного топлива. Но проходя через турбину, газообразные продукты отдают лишь часть своей энергии и выбрасываются в атмосферу в нагретом состоянии. Парогазовые установки используют это тепло.В конструкции парогазовых электрогенераторов имеется паросиловая установка, которая располагается в торцевой части турбины. В ней находится вода, которая закипает от нагретых продуктов сгорания. Образуется огромное количество пара, которое вращает турбину и приводит дополнительный генератор в действие.

Газотурбинные и парогазовые электростанции могут применяться во всех отраслях промышленности, однако второй вид генераторов предпочтительнее, ибо их КПД составляет более 60%.

Сферы применения ГТЭС

Использование газотурбинных установок целесообразно для удаленных от централизованных линий электроснабжения потребителей, а также для сезонно функционирующих объектов. В таком случае затраты на обеспечение предприятия электричеством будут ниже, чем на подключение к ЛЭП.

Крупногабаритные ГТЭС целесообразно использовать вместо тепловых электростанций в том случае, если имеется дешевый источник топлива. Такая ситуация характерна для нефтегазоносных районов Севера. При этом удается сэкономить и на обогреве помещений.В последнее время мобильная газотурбинная электростанция стала широко применяться и в городских условиях благодаря низкому уровню производимого шума, вибрации и токсичности выхлопных газов. Ее целесообразно использовать в случаях, когда подключение к энергосети города затруднено или стоимость последней слишком высока.

fb.ru

Надстройка котельных газотурбинными установками

(по материалам периодической печати)

С.В.Кузнецов, редактор журнала «Новости теплоснабжения»

В последнее время все большее внимание уделяется применению в энергетике газовых турбин малой и средней мощности. Одно из направлений их использования – это переоборудование котельных в мини-ТЭЦ.

В рамках федеральной целевой программы по энергосбережению создание мини-ТЭЦ рассматривается кк эффективное решение проблем электро- и теплоснабжения в масштабе небольших регионов, городов, поселков, промышленных предприятий и т.п.

Совместная работа газотурбинных установок с водогрейными и паровыми котлами в котельных позволяет обеспечить надежное электроснабжение собственных нужд, что в свою очередь повышает надежность теплоснабжения потребителей, а так же снизить удельные расходы топлива на единицу получаемой тепловой и электрической энергии.  

При широкомасштабной реконструкции котельных с размещением в них газотурбинных установок (ГТУ) их суммарная установленная электрическая мощность только в котельных единичной теплопроизводительностью более 50 ГКал/ч в европейской части России (включая Урал) к 2010 г. может достичь 10 – 15 млн кВт [1].

Первая ГТУ-ТЭЦ в России, построенная в 1978 г. в г. Якутск, эксплуатируется и в настоящее время. На ней установлены 6 газотурбинных агрегатов производства НПО «Турбоатом». Тепло выхлопных газов утилизируется в газовых подогревателях сетевой воды (ГПСВ). Суммарная электрическая мощность станции составляет 230 МВт, а максимальная тепловая нагрузка, отпускаемая потребителям, превышает 300 Гкал/ч [2].

Схемные решения установки   ГТУ

Модернизация котельной может производиться двумя способами:

1.  установка отдельных модулей ГТУ с газовыми подогревателями сетевой воды;

2.  надстройка действующих водогрейных или паровых котлов газотурбинными установками.

 В первом случае тепловая мощность котельной увеличивается, что целесообразно только при возрастании требуемой тепловой нагрузки. При постоянной работе ГТУ существующая часть котельной должна быть переведена в пиковый режим работы.

Во втором случае необходимо согласование характеристик ГТУ и котлов (расход выхлопных газов ГТУ, расход дымовых газов через котлы, производительность дымососов), при этом котлы реконструируются в котлы-утилизаторы (КУ).

Для котельных характерны три схемы включения ГТУ. Первая (рис. 1а) – это установка газовой турбины таким образом, чтобы выхлопные газы в полном объеме направлялись в горелки котла. При этом для сжигания топлива в котле достаточно   воздуха оставшегося в выхлопных газах. При нехватке окислителя возможно дополнительное подключение дутьевого вентилятора. Вторая схема (рис. 1б) используется когда расход выхлопных газов через ГТУ превышает допустимый расход газа через котел. В этом случае выхлопные газы из турбины направляются в ГПСВ и после него разделяются на две части, одна из которых направляется в горелки котла, а другая - выбрасываться в дымовую трубу. Третья схема (рис. 1в) отличается от второй только тем, что выхлопные газы разделяются на две части сразу же после турбины и только потом направляются в ГПСВ и котел, стоящие в схеме параллельно.

В том случае, когда не требуется увеличение тепловой мощности котельной следует использовать первую схему включения ГТУ, не требующую дополнительных капитальных вложений на сооружение ГПСВ.

Особенности мини-ТЭЦ

Мини-ТЭЦ на основе газотурбогенераторов имеют следующие свойства:

• отсутствует непосредственная связь с котлом;

• необходимо применение утилизационного контура;

• высокий уровень шума;

• требуется дополнительное помещение.

Возникают так же проблемы с продажей электрической энергии в электросеть, и с лимитами потребления природного газа, т.к. внедрение ТГУ при сохранении тепловой нагрузки требует дополнительного топлива.

Экономическая эффективность применения ГТУ

Если сравнивать стоимость электроэнергии вырабатываемой на ГТУ (без учета утилизационного теплового контура), то она на 30% и более превышает стоимость электроэнергии, получаемой из централизованного источника [1].

Газовые турбины имеют небольшой КПД (0,22-0,37%), поэтому они должны использоваться только с утилизационными контурами.

Окупаемость модернизации котельной зависит от количества отпускаемой электроэнергии, от тарифов на электроэнергию, капитальных затрат, затрат на эксплуатацию и от числа часов с работы на больших тепловых нагрузках.

Наибольшая эффективность использования ГТУ обеспечивается при длительной работе с максимальной электрической нагрузкой.

Из результатов проведенных расчетов [2] следует, что выработка электрической энергии по отношению к тепловой составляет: 250-500 кВт/Гкал в режиме минимальной тепловой нагрузки ГТУ и 100-200 кВт/Гкал - при максимальной..

Выводы

1. При реконструкции действующих котельных необходимо использовать схемы, предусматривающие установку за ГТУ котлов-утилизаторов (водогрейных или паровых).

2. Следует учитывать, что дополнительное производство электрической энергии требует увеличение лимитов на поставку природного газа.

3. Наибольшая экономическая эффективность использования ГТУ обеспечивается при длительной работе при максимальной электрической нагрузке.

1. И.А.Смирнов, Л.С.Хрилев. Определение эффективности ввода газотурбинных агрегатов на площадках действующих котельных // Теплоэнергетика. 2000. № 12.

2. П.А.Березинец, Г.Е.Терешина, Л.Б.Вершинин. Варианты газотурбинной надстройки отопительных котельных // Энергетик. 1998. № 8.

3. А.Ильин. Сравнительные характеристики различных вариантов мини-ТЭЦ // Энергосбережение в Поволжье. Июль 2000 г.

4. В.И.Длугосельский, В.Я.Зубков. Надстройка водогрейных котельных газотурбинными установками //Теплоэнергетика. 1999. № 1.

5. А.М.Карасевич, Е.В.Сеннова, А.В.Федяев, О.Н.Федяева. Эффективность развития малых ТЭЦ на базе газотурбинных и дизельных энергоустановок при газификации регионов // Теплоэнергетика. 2000. № 12.

www.combienergy.ru

Смотрите также

• 
  Котел сахара
• 
  Болгария котел
• 
  Фестон котла
• 
  Котлы termica
• 
  Котлы гранульные
• 
  Термико котел
• 
  Котлы октан
• 
  Котел gorenje
• 
  Комконт котел
• 
  Ростерм котел
• 
  Котел termodinamik