RU149419U1

RU149419U1 - INSTALLATION OF STABILIZATION OF POWER OF GAS-TURBINE INSTALLATIONS

Info

Publication number: RU149419U1
Application number: RU2014117720/06U
Authority: RU
Inventors: Игорь Владимирович Долотовский
Original assignee: Игорь Владимирович Долотовский
Priority date: 2014-04-29
Filing date: 2014-04-29
Publication date: 2015-01-10

Abstract

Полезная модель относится к теплоэнергетике и может быть использована на газоперекачивающих агрегатах с газотурбинным приводом и в системах когенерации электрической, тепловой энергии и технической воды.The utility model relates to a power system and can be used on gas pumping units with a gas turbine drive and in cogeneration systems of electric, thermal energy and industrial water.

Установка стабилизации мощности газотурбинных установок (ГТУ) содержит воздухопромыватель 1 и газоохладитель 2, подключенные соответственно к входному патрубку воздушного компрессора 3 и выходу дымовых газов из ГТУ 4, причем воздухопромыватель 1 выполнен в виде двухступенчатого эжекторного скруббера, форсунки 5 первой по ходу воздуха, ступени воздухопромывателя подключены к входному коллектору 6 технической воды, а форсунки 7 второй ступени воздухопромывателя подключены к выходу циркуляционного насоса 8, всас которого подключен к выходному патрубку 9 охлажденного дистиллята испарителя 10 холодильной установки, выходной жидкостный патрубок 11 первой ступени воздухопромывателя подключен последовательно к фильтру 12, насосу 13 технической воды и к форсункам 14 первой по ходу выхлопных газов ступени газоохладителя 2 выполненного в виде двухступенчатого эжекторного скруббера, а выходной жидкостный патрубок 15 второй ступени воздухопромывателя подключен к входному патрубку 16 нагретого дистиллята испарителя холодильной установки, форсунки 17 второй ступени газоохладителя подключены к выходному коллектору 18 охладителя конденсата 19, а выходной жидкостный патрубок 20 второй ступени газоохладителя подключен к последовательно соединенным конденсатному насосу 21, входному коллектору 22 охладителя конденсата 19, выходной коллектор 18 охладителя конденсата 19 подключен также к испарителю 10 холодильной установки, причем в нее дополнительно входят фильтр водяного конденсата 23, установленный на входном коллекторе 22 перед охладителем конденсата 19; вакуум-компрессор 24; вход которого подключен к верху испарителя 10 холодильной установки, а выход - соединен с патрубком 25 парогазовой смеси, размещенным между первой и второй ступенями газоохладителя 2; емкость водяного конденсата 26, отбор конденсата из которой осуществляется насосом 21; теплообменник 27 подогрева теплофикационной воды, вход водяного конденсата в который подключен к выходному жидкостному патрубку 20 газоохладителя 2, вход которого соединен по тракту выхлопных газов с выходом парового котла-утилизатора 28, подключенного через дымовой шибер 29 к выхлопному патрубку ГТУ 4, а выход газоохладителя 2 подключен к входу в дымовую трубу 30, ниже по уровню размещенного на ней байпасного патрубка дымовых газов 31, соединенного с выхлопным патрубком ГТУ 4, кинематически соединенной с потребителем механической энергии 32, причем при работе на топливном газе высокого давления перед регулятором расхода топлива 33 на линии подачи топлива на ГТУ 4 размещается детандер-генератор 34, генератор которого электрически связан с входным электронагревателем 35 топливного газа.The power stabilization unit of gas turbine units (GTU) contains an air scrubber 1 and a gas cooler 2, respectively connected to the inlet pipe of the air compressor 3 and the flue gas outlet from the gas turbine 4, and the air scrubber 1 is made in the form of a two-stage ejector scrubber, nozzle 5 of the first air flow, air scrubber stage connected to the inlet manifold 6 of industrial water, and nozzles 7 of the second stage of the air washer are connected to the output of the circulation pump 8, the suction of which is connected to the outlet ohm pipe 9 of the cooled distillate of the evaporator 10 of the refrigeration unit, the liquid outlet pipe 11 of the first stage of the air washer is connected in series to the filter 12, the pump 13 of industrial water and to the nozzles 14 of the first gas cooler 2 in the course of the exhaust gas, made in the form of a two-stage ejector scrubber, and the output liquid pipe 15 of the second stage of the air washer is connected to the inlet pipe 16 of the heated distillate of the evaporator of the refrigeration unit, nozzles 17 of the second stage of the gas cooler are connected to the outlet manifold 18 of the condensate cooler 19, and the liquid outlet pipe 20 of the second stage of the gas cooler is connected to a series-connected condensate pump 21, the inlet manifold 22 of the condensate cooler 19, the output manifold 18 of the condensate cooler 19 is also connected to the evaporator 10 of the refrigeration unit, and it additionally includes a condensate water filter 23 mounted on the inlet manifold 22 in front of the condensate cooler 19; vacuum compressor 24; the input of which is connected to the top of the evaporator 10 of the refrigeration unit, and the output is connected to the pipe 25 of the gas mixture located between the first and second stages of the gas cooler 2; the capacity of the water condensate 26, the selection of condensate from which is carried out by the pump 21; a heat exchanger 27 for heating heating water, the input of water condensate to which is connected to the liquid outlet pipe 20 of the gas cooler 2, the input of which is connected through the exhaust gas path to the output of the waste heat boiler 28, connected through the smoke gate 29 to the exhaust pipe of the gas turbine 4, and the gas cooler output 2 connected to the entrance to the chimney 30, lower in level of the bypass flue gas pipe 31 mounted on it, connected to the exhaust pipe of the gas turbine 4, kinematically connected to the consumer of mechanical energy 32, pr why, when operating on high-pressure fuel gas, an expander generator 34 is placed in front of the fuel flow regulator 33 on the fuel supply line to GTU 4, the generator of which is electrically connected to the input electric fuel gas heater 35.

Обеспечивает повышение энергоэффективности при эксплуатации в составе комбинированных парогазовых установок и установок электро-тепло-водоснабжения, а также исключение потерь мощности ГТУ при повышенной температуре окружающего воздуха.It provides increased energy efficiency during operation as part of combined combined cycle plants and electric heat and water supply systems, as well as elimination of gas turbine power losses at elevated ambient temperatures.

1 н.п. ф-лы, 1 ил. 1 n.p. f-ly, 1 ill.

Description

Известна установка электро-тепло-водоснабжения (патент РФ на полезную модель №134993 по кл. F01K 17/02, опубл. в 2013 г.), которая содержит газотурбинную установку, подключенную по тракту выхлопных газов через дымовой шибер к паровому котлу-утилизатору и дополнительный паровой котел-утилизатор, выходные паропроводы которых связаны с паровой теплофикационной турбиной, кинематически соединенной с электрогенератором, теплообменник-конденсатор которой подключен к линии подогрева теплофикационной воды; сетевой циркуляционный насос; питательный насос; деаэратор с насосом, конденсатор воздушного охлаждения; нейтрализатор промстоков огневой с дымовой трубой, газоходом, шибером, форсункой водяного конденсата, конденсатным патрубком, входным топливным патрубком; насос пароструйный; охладитель водяного конденсата; фильтр водяного конденсата, при этом выход дымовых газов из газохода нейтрализатора подключен к входу дымовых газов в паровой котел-утилизатор, а выход дымовых газов из котла подключен к дымовой трубе нейтрализатора, форсунка размещена в дымовой трубе нейтрализатора, причем вход водяного конденсата в форсунку подключен к выходу охладителя водяного конденсата, вход которого соединен с выходом фильтра, вход которого подключен к выходу деаэратора, вход сконденсированной воды в который подключен к конденсатному патрубку дымовой трубы, вход пара в пароструйный насос подключен к выходу пара из котлов-утилизаторов, а вход водяного конденсата в пароструйный насос подключен к выходу теплообменника-конденсатора и к выходу конденсатора воздушного охлаждения, в которую дополнительно входят электрогенератор, кинематически соединенный с газотурбинной установкой (тепловым двигателем); дымовая труба с форсункой водяного конденсата, конденсатным патрубком и байпасным патрубком дымовых газов, размещенная на котле-утилизаторе; устройство ввода реагента, размещенное в газоходе нейтрализатора, причем форсунка подключена к выходу охладителя водяного конденсата, а конденсатный патрубок подключен к входу в деаэратор.A known installation of electric heat and water supply (RF patent for utility model No. 134993 according to class F01K 17/02, published in 2013), which contains a gas turbine unit connected via an exhaust gas path through a smoke gate to a waste heat boiler and an additional steam recovery boiler, the output steam lines of which are connected to a steam heating turbine kinematically connected to an electric generator, the heat exchanger-condenser of which is connected to the heating water heating line; network circulation pump; feed pump; deaerator with pump, air-cooled condenser; a flue catalytic converter with a chimney, a gas duct, a gate, a condensate nozzle, a condensate pipe, an inlet fuel pipe; steam jet pump; condensate water cooler; water condensate filter, while the flue gas exit from the neutralizer duct is connected to the flue gas inlet to the steam recovery boiler, and the flue gas exit from the boiler is connected to the neutralizer chimney, the nozzle is located in the neutralizer chimney, and the condensate inlet to the nozzle is connected to the condensate water cooler output, the input of which is connected to the filter output, the input of which is connected to the deaerator output, the condensed water input to which is connected to the condensate pipe of the chimney, the steam in the steam jet pump is connected to the steam outlet from the recovery boilers, and the water condensate inlet to the steam jet pump is connected to the output of the heat exchanger-condenser and to the output of the air-cooled condenser, which additionally includes an electric generator kinematically connected to the gas turbine unit (thermal engine); a chimney with a water condensate nozzle, a condensate pipe and a flue gas bypass pipe located on a waste heat boiler; a reagent input device located in the neutralizer gas duct, the nozzle being connected to the outlet of the water condensate cooler, and the condensate nozzle being connected to the inlet to the deaerator.

Достоинством установки является повышение эффективности (за счет более полного использования теплоты сжигаемого топлива и горючей части промстоков) генерации механической энергии, используемой для привода электрогенераторов, обеспечение генерации технической воды для нужд тепло-водоснабжения, а также повышение ее экологической безопасности.The advantage of the installation is to increase the efficiency (due to more complete use of the heat of the burned fuel and the combustible part of the industrial waste water) of generating mechanical energy used to drive electric generators, ensuring the generation of process water for the needs of heat and water supply, as well as increasing its environmental safety.

Основным недостатком известной установки является отсутствие технических решений по стабилизации мощности (исключению потерь) газотурбинной установки (ГТУ) при ее эксплуатации при температуре окружающего воздуха, отличающейся от проектной, что снижает энергоэффективность и моторесурс газовой турбины (теплового двигателя) известной установки.The main disadvantage of the known installation is the lack of technical solutions for stabilizing the power (eliminating losses) of a gas turbine unit (GTU) during its operation at an ambient temperature that differs from the design temperature, which reduces the energy efficiency and motor life of a gas turbine (heat engine) of the known installation.

Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемому решению (прототипом) является устройство для стабилизации мощности газотурбинных установок (патент РФ на изобретение №2126902 по кл. F02C 6/18, опубл. в 1999 г.), включающее воздухопромыватель и газоохладитель, подключенные соответственно к входному патрубку воздушного компрессора и выхлопному патрубку ГТУ, согласно изобретению, воздухопромыватель выполнен в виде двухступенчатого эжекторного скруббера, форсунки первой (по ходу воздуха) ступени которого подключены к входному коллектору технической воды, а форсунки второй ступени подключены к выходу циркуляционного насоса, всас которого подключен к выходному патрубку охлажденного дистиллята испарителя газоэжекторной холодильной установки (ГЭХУ), выходной жидкостный патрубок первой ступени воздухопромывателя подключен последовательно к фильтру, циркуляционному насосу и к форсункам первой (по ходу выхлопных газов) ступени газоохладителя (выполненного в виде двухступенчатого эжекторного скруббера, подключенного к выпускному патрубку ГТУ), а выходной жидкостный патрубок второй ступени воздухопромывателя подключен к входному патрубку нагретого дистиллята испарителя ГЭХУ, форсунки второй ступени газоохладителя подключены к выходному коллектору охладителя конденсата, а выходной жидкостный патрубок второй ступени газоохладителя подключен к последовательно соединенным циркуляционному насосу, входному коллектору охладителя дистиллята и системе внешнего теплоснабжения, выходной коллектор охладителя дистиллята подключен также к испарителю ГЭХУ, причем входной патрубок рабочей среды эжектора ГЭХУ подключен к коллектору топливного газа высокого давления, а выходной патрубок парогазовой смеси эжектора подключен к сепаратору, патрубок отвода жидкости из которого подключен к испарителю ГЭХУ, а выходной газовый патрубок сепаратора соединен с регулятором расхода топливного газа ГТУ.The closest in technical essence to the proposed solution (prototype) is a device for stabilizing the power of gas turbine plants (RF patent for the invention No. 2126902 according to class F02C 6/18, published in 1999), including an air washer and a gas cooler connected respectively to the inlet the pipe of the air compressor and the exhaust pipe of the gas turbine, according to the invention, the air washer is made in the form of a two-stage ejector scrubber, the nozzles of the first (along the air) stages of which are connected to the input manifold t water, and the nozzles of the second stage are connected to the outlet of the circulation pump, the inlet of which is connected to the outlet pipe of the cooled distillate of the vaporizer of the gas ejector refrigeration unit (HECP), the liquid outlet pipe of the first stage of the air washer is connected in series to the filter, the circulation pump and to the nozzles of the first (along the exhaust gas) gas cooler stage (made in the form of a two-stage ejector scrubber connected to the exhaust pipe of the gas turbine), and the output liquid pipe to the second stage of the air scrubber is connected to the inlet pipe of the heated distillate of the GECU evaporator, the nozzles of the second stage of the gas cooler are connected to the output manifold of the condensate cooler, and the output liquid pipe of the second stage of the gas cooler is connected to the circulation pump the distillate is also connected to the GECU evaporator, and the inlet pipe of the working environment of the GECU ejector is dklyuchen to manifold the high pressure fuel gas and vapor mixture outlet of the ejector is connected to the separator outlet pipe of the fluid which is connected to the evaporator GEHU and the outlet gas pipe separator connected to the fuel gas flow regulator GTP.

Достоинствами известного устройства стабилизации мощности газотурбинных установок, по патенту РФ №2126902, являются:The advantages of the known device for stabilizing the power of gas turbine plants, according to the patent of the Russian Federation No. 2126902, are:

- возможность стабилизации (исключения потерь) мощности ГТУ - привода газовых компрессоров или электрогенераторов при высоких или низких температурах окружающего воздуха (отличающихся от проектного оптимального уровня);- the ability to stabilize (eliminate losses) the power of a gas turbine - drive gas compressors or generators at high or low ambient temperatures (different from the design optimal level);

- повышение моторесурса ГТУ за счет снижения запыленности (в летнее время), а также исключения попадания льда (в зимнее время) в проточную часть воздушного компрессора ГТУ;- increase the GTU engine life by reducing dust content (in the summer), as well as eliminating the ingress of ice (in winter) into the flow part of the GTU air compressor;

- повышение экологической безопасности установки и объекта за счет снижения выбросов в атмосферу оксидов азота.- improving the environmental safety of the installation and facility by reducing emissions of nitrogen oxides into the atmosphere.

Недостатками прототипа являются:The disadvantages of the prototype are:

- отсутствие технических решений по обеспечению эксплуатации устройства в составе современных энергоэффективных комбинированных парогазовых установок, включающих ГТУ, котлы-утилизаторы и паровые турбины;- lack of technical solutions to ensure the operation of the device as part of modern energy-efficient combined combined cycle plants, including gas turbines, recovery boilers and steam turbines;

- ограниченная (располагаемым входным давлением топливного газа и его расходом) холодопроизводительность газоэжекторной холодильной установки, не обеспечивающая захолаживание до оптимальной температуры потока воздуха, подаваемого на воздушный компрессор ГТУ, а также генерацию необходимого количества дистиллята водяных паров, что приводит к снижению мощности ГТУ в жаркие дни при повышенной температуре окружающего воздуха.- limited (available fuel gas inlet pressure and its flow rate) cooling capacity of the gas ejector refrigeration unit, which does not ensure cooling to the optimum temperature of the air flow supplied to the gas turbine compressor, as well as the generation of the required amount of water vapor distillate, which leads to a decrease in gas turbine power on hot days at elevated ambient temperature.

Задачей, на решение которой направлена предлагаемая полезная модель, является повышение энергоэффективности устройства при его эксплуатации в составе комбинированных парогазовых установок и установок электро-тепло-водоснабжения, а также увеличение его холодопроизводительности, обеспечивающей исключение потерь мощности ГТУ при повышенной температуре окружающего воздуха.The task to which the proposed utility model is directed is to increase the energy efficiency of the device during its operation as part of combined combined cycle plants and electric heat and water supply systems, as well as to increase its cooling capacity, which ensures the exclusion of gas turbine power losses at elevated ambient temperatures.

Техническим результатом, достигаемым при осуществлении полезной модели, является снижение затрат энергоресурсов (топлива и электроэнергии) при совместной генерации механической (электрической), тепловой энергии и технической воды.The technical result achieved in the implementation of the utility model is to reduce the cost of energy resources (fuel and electricity) with the joint generation of mechanical (electrical), thermal energy and process water.

Указанный технический результат достигается тем, что в установку стабилизации мощности газотурбинных установок, включающую воздухопромыватель 1 и газоохладитель 2, подключенные соответственно к входному патрубку воздушного компрессора 3 и выходу дымовых газов из ГТУ 4, причем воздухопромыватель 1 выполнен в виде двухступенчатого эжекторного скруббера, форсунки 5 первой (по ходу воздуха) ступени воздухопромывателя подключены к входному коллектору 6 технической воды, а форсунки 7 второй ступени воздухопромывателя подключены к выходу циркуляционного насоса 8, всас которого подключен к выходному патрубку 9 охлажденного дистиллята испарителя 10 холодильной установки, выходной жидкостный патрубок 11 первой ступени воздухопромывателя подключен последовательно к фильтру 12, насосу 13 технической воды и к форсункам 14 первой (по ходу выхлопных газов) ступени газоохладителя 2 (выполненного в виде двухступенчатого эжекторного скруббера), а выходной жидкостный патрубок 15 второй ступени воздухопромывателя подключен к входному патрубку 16 нагретого дистиллята испарителя холодильной установки, форсунки 17 второй ступени газоохладителя подключены к выходному коллектору 18 охладителя конденсата 19, а выходной жидкостный патрубок 20 второй ступени газоохладителя подключен к последовательно соединенным конденсатному насосу 21, входному коллектору 22 охладителя конденсата 19, выходной коллектор 18 охладителя конденсата 19 подключен также к испарителю 10 холодильной установки, согласно полезной модели, дополнительно входят фильтр водяного конденсата 23, установленный на входном коллекторе 22 перед охладителем конденсата 19; вакуум-компрессор 24; вход которого подключен к верху испарителя 10 холодильной установки, а выход соединен с патрубком 25 парогазовой смеси, размещенном между первой и второй ступенями газоохладителя 2; емкость водяного конденсата 26, отбор конденсата из которой осуществляется насосом 21; теплообменник 27 подогрева теплофикационной воды, вход водяного конденсата в который подключен к выходному жидкостному патрубку 20 газоохладителя 2, вход которого соединен по тракту выхлопных газов с выходом парового котла-утилизатора 28, подключенного через дымовой шибер 29 к выхлопному патрубку ГТУ 4, а выход газоохладителя 2 подключен к входу в дымовую трубу 30, ниже по уровню размещенного на ней байпасного патрубка дымовых газов 31, соединенного с выхлопным патрубком ГТУ 4, кинематически соединенной с потребителем механической энергии 32, причем при работе на топливном газе высокого давления перед регулятором расхода топлива 33 на линии подачи топлива на ГТУ 4 размещается детандер-генератор 34, генератор которого электрически связан с входным электронагревателем 35 топливного газа.The specified technical result is achieved by the fact that in the installation of stabilizing the power of gas turbine units, including an air scrubber 1 and a gas cooler 2, respectively connected to the inlet pipe of the air compressor 3 and the flue gas outlet from the gas turbine 4, the air scrubber 1 is made in the form of a two-stage ejector scrubber, nozzle 5 of the first (along the air) the steps of the air washer are connected to the inlet manifold 6 of the process water, and the nozzles 7 of the second stage of the air washer are connected to the outlet of the circus of the sludge pump 8, the inlet of which is connected to the outlet pipe 9 of the cooled distillate of the evaporator 10 of the refrigeration unit, the outlet liquid pipe 11 of the first stage of the air washer is connected in series to the filter 12, the pump 13 of technical water and to the nozzles 14 of the first (along the exhaust gas) stage of the gas cooler 2 ( made in the form of a two-stage ejector scrubber), and the liquid outlet pipe 15 of the second stage of the air washer is connected to the inlet pipe 16 of the heated distillate of the refrigeration evaporator installation, nozzles 17 of the second stage of the gas cooler are connected to the output manifold 18 of the condensate cooler 19, and the output liquid pipe 20 of the second stage of the gas cooler is connected to a series-connected condensate pump 21, the input manifold 22 of the condensate cooler 19, the output collector 18 of the condensate cooler 19 is also connected to the evaporator 10 refrigeration unit, according to a utility model, additionally includes a water condensate filter 23 mounted on the inlet manifold 22 in front of the condensate cooler 19; vacuum compressor 24; the input of which is connected to the top of the evaporator 10 of the refrigeration unit, and the output is connected to the pipe 25 of the gas mixture located between the first and second stages of the gas cooler 2; the capacity of the water condensate 26, the selection of condensate from which is carried out by the pump 21; a heat exchanger 27 for heating heating water, the input of water condensate to which is connected to the liquid outlet pipe 20 of the gas cooler 2, the input of which is connected through the exhaust gas path to the output of the waste heat boiler 28, connected through the smoke gate 29 to the exhaust pipe of the gas turbine 4, and the gas cooler output 2 connected to the entrance to the chimney 30, lower in level of the bypass flue gas pipe 31 mounted on it, connected to the exhaust pipe of the gas turbine 4, kinematically connected to the consumer of mechanical energy 32, pr why, when operating on high-pressure fuel gas, an expander generator 34 is placed in front of the fuel flow regulator 33 on the fuel supply line to GTU 4, the generator of which is electrically connected to the input electric fuel gas heater 35.

Повышение энергоэффективности предлагаемого устройства при его эксплуатации в составе комбинированных парогазовых установок и установок электро-тепло-водоснабжения, а также увеличение его холодопроизводительности, исключающее потери мощности ГТУ при повышенной температуре окружающего воздуха, обеспечивается за счет подключения вакуум-компрессора 24 для удаления водяных паров и газов дегазации из испарителя 10. По сравнению с газовым эжектором, коэффициент полезного действия которого не превышает 30%, а холодопроизводительность ограничена располагаемым входным давлением топливного газа и его расходом, вакуум-компрессор имеет лучшую энергоэффективность (КПД не менее 60%) и обеспечивает при эксплуатации меньшие потери энергии и более глубокий вакуум, причем мощность его привода не имеет технических ограничений. Таким образом, использование вакуум-компрессора позволяет повысить энергоэффективность, а также увеличить холодопроизводительность предлагаемой установки стабилизации мощности.Improving the energy efficiency of the proposed device during its operation as part of combined combined cycle plants and electric heat and water supply, as well as increasing its cooling capacity, eliminating the loss of gas turbine power at elevated ambient temperatures, is ensured by connecting a vacuum compressor 24 to remove water vapor and gases degassing from the evaporator 10. Compared with a gas ejector, the efficiency of which does not exceed 30%, and the cooling capacity of the ogre ichena disposable fuel gas supply pressure and flow rate, the vacuum compressor has better power efficiency (efficiency of not less than 60%) during operation and provides less loss of energy and a deeper vacuum, and its drive power has no technical limitations. Thus, the use of a vacuum compressor can improve energy efficiency, as well as increase the cooling capacity of the proposed power stabilization installation.

Этому же способствует последовательное (по ходу дымовых газов) размещение газопромывателя 2 за паровым котлом-утилизатором 28, обеспечивающим за счет рекуперации теплоты выхлопных газов увеличение выработки механической энергии, которая используется потребителем механической энергии (электрогенератором или газовым компрессором) 37, а также приводом вакуум-компрессора 24. Предварительное охлаждение в паровом котле-утилизаторе 28 дымовых газов, поступающих затем в газоохладитель 2, обеспечивает снижение энергозатрат на генерацию водяного конденсата (из водяных паров) за счет уменьшения энергопотребления привода вентилятора охладителя конденсата 19.This is also facilitated by the sequential (along the flue gas) placement of the scrubber 2 behind the steam recovery boiler 28, which ensures, through the recovery of the heat of the exhaust gases, an increase in the production of mechanical energy, which is used by the consumer of mechanical energy (an electric generator or gas compressor) 37, as well as a vacuum compressor 24. Pre-cooling in the steam recovery boiler 28 of the flue gases entering then into the gas cooler 2, reduces the energy consumption for generating water condensate (from water vapor) by reducing the power consumption of the condensate cooler fan drive 19.

Повышению энергоэффективности предлагаемой установки за счет снижения потерь водяных паров способствует также размещение патрубка 25 парогазовой смеси между первой и второй ступенями газоохладителя 2. При этом водяные пары, отбираемые вакуум-компрессором 24 с верха испарителя 10, совместно с водяными парами, поступающими с первой ступени газоохладителя 2, подаются на вторую ступень газоохладителя, конденсируются там и могут быть использованы для собственных нужд установки.The energy efficiency of the proposed installation by reducing the loss of water vapor also contributes to the placement of the pipe 25 of the gas mixture between the first and second stages of the gas cooler 2. In this case, water vapor taken by the vacuum compressor 24 from the top of the evaporator 10, together with water vapor coming from the first stage of the gas cooler 2, are fed to the second stage of the gas cooler, condensed there and can be used for the plant’s own needs.

Установка стабилизации мощности газотурбинных установок иллюстрируется чертежом, на котором представлена схема предлагаемой установки (показан один из нескольких параллельно подключенных энерготехнологических модулей).The power stabilization installation of gas turbine units is illustrated in the drawing, which shows the scheme of the proposed installation (one of several parallel connected energy technology modules is shown).

Позиции на чертеже обозначают следующее: 1 - воздухопромыватель; 2 - газоохладитель; 3 - воздушный компрессор; 4 - газотурбинная установка, ГТУ; 5 - форсунки первой ступени воздухопромывателя; 6 - входной коллектор технической воды; 7 - форсунки второй ступени воздухопромывателя; 8 - циркуляционный насос охлажденного дистиллята; 9 - выходной патрубок охлажденного дистиллята; 10 - испаритель холодильной установки; 11 - жидкостной патрубок первой ступени воздухопромывателя; 12 - фильтр технической воды; 13 - насос технической воды; 14 - форсунки первой ступени газоохладителя; 15 - выходной жидкостной патрубок второй ступени воздухопромывателя; 16 - входной патрубок нагретого дистиллята в испаритель 10; 17 - форсунки второй ступени газоохладителя; 18 - выходной коллектор охладителя конденсата; 19 - охладитель конденсата; 20 - выходной жидкостной патрубок второй ступени газоохладителя; 21 - конденсатный насос; 22 - входной коллектор охладителя конденсата; 23 - фильтр водяного конденсата; 24 - вакуум-компрессор; 25 - патрубок парогазовой смеси; 26 - емкость водяного конденсата (деаэратор); 27 - теплообменник подогрева теплофикационной воды; 28 - паровой котел-утилизатор; 29 - дымовой шибер; 30 - дымовая труба; 31 - байпасный патрубок (дымовой трубы); 32 - потребитель механической энергии ГТУ (электрогенератор или газовый компрессор); 33 - регулятор расхода топлива; 34 - детандер-генератор; 35 - электронагреватель топливного газа; 36 - паровая теплофикационная турбина; 37 - потребитель механической энергии паровой турбины; 38 - теплообменник-конденсатор; 39 - сетевой циркуляционный насос; 40 - питательный насос; 41 - конденсатор воздушного охлаждения; 42 - насос пароструйный.The positions in the drawing indicate the following: 1 - air washer; 2 - gas cooler; 3 - air compressor; 4 - gas turbine installation, gas turbine; 5 - nozzles of the first stage of the air washer; 6 - input collector of industrial water; 7 - nozzles of the second stage of the air washer; 8 - circulation pump of the cooled distillate; 9 - outlet pipe of the cooled distillate; 10 - evaporator of the refrigeration unit; 11 - liquid pipe of the first stage of the air washer; 12 - filter technical water; 13 - process water pump; 14 - nozzles of the first stage gas cooler; 15 - output liquid pipe of the second stage of the air washer; 16 - inlet pipe of the heated distillate in the evaporator 10; 17 - nozzles of the second stage gas cooler; 18 - an output collector of a condensate cooler; 19 - condensate cooler; 20 - output liquid pipe of the second stage of the gas cooler; 21 - condensate pump; 22 - input collector of a condensate cooler; 23 - water condensate filter; 24 - a vacuum compressor; 25 - pipe gas-vapor mixture; 26 - water condensate capacity (deaerator); 27 - heat exchanger heating heating water; 28 - steam recovery boiler; 29 - smoke gate; 30 - chimney; 31 - bypass pipe (chimney); 32 - gas turbine mechanical energy consumer (electric generator or gas compressor); 33 - fuel consumption regulator; 34 - expander generator; 35 - electric fuel gas heater; 36 - steam heating turbine; 37 - consumer of mechanical energy of a steam turbine; 38 - heat exchanger-condenser; 39 - network circulation pump; 40 - feed pump; 41 - air-cooled condenser; 42 - steam jet pump.

На чертеже также обозначены следующие технологические потоки: В - воздух на ГТУ; ВК - конденсат водяных паров; ВКО - охлажденный конденсат водяных паров; ВО - охлажденный воздух; ВП+ГД - парогазовая смесь (водяные пары и газы дегазации); ВТ - техническая вода; ГТ - газ топливный на ГТУ; Д - дренажные стоки; ДГ1 - дымовые газы (выхлопные газы ГТУ) на котел-утилизатор; ДГ2 - выхлопные газы от ГТУ, поступающие на байпасный патрубок; ДН - дистиллят нагретый; ДО - дистиллят охлажденный; ОВ - обратная вода из системы теплоснабжения; ПВ - прямая вода системы теплоснабжения; ПП - пар перегретый; ХПВ - вода на установку подготовки хозпитьевой воды.The drawing also indicates the following process streams: B - air at the gas turbine; VK - condensate of water vapor; VKO - cooled condensate of water vapor; IN - chilled air; VP + GD - vapor-gas mixture (water vapor and degassing gases); VT - process water; GT - fuel gas at GTU; D - drainage drains; DG1 - flue gases (GTU exhaust gases) to a waste heat boiler; DG2 - exhaust gases from gas turbines entering the bypass pipe; DN - heated distillate; DO - chilled distillate; ОВ - return water from the heat supply system; PV - direct water of the heat supply system; PP - superheated steam; HPV - water for a household water treatment plant.

Установка стабилизации мощности газотурбинных установок работает следующим образом.Installation stabilization power of gas turbine plants is as follows.

При работе установки топливный газ высокого давления (поток ГТ на схеме), поступает на вход детандер-генератора 34, на котором обеспечивается снижение давления газа до рабочего давления перед ГТУ 4. Выработанная в детандер-генераторе 34 электрическая энергия подается на электронагреватель 35 топливного газа, обеспечивающий безгидратный режим эксплуатации системы газоснабжения ГТУ, включающей регулятор расхода топлива 33. Использование детандер-генератора позволяет, по сравнению с традиционными техническими решениями, уменьшить расход топливного газа на собственные нужды (на нагрев потока дросселируемого газа) системы газоснабжения ГТУ.During operation of the installation, high-pressure fuel gas (GT flow in the circuit) is fed to the inlet of the expander generator 34, which provides a decrease in gas pressure to the working pressure in front of the gas turbine 4. The electric energy generated in the expander generator 34 is supplied to the fuel gas electric heater 35, providing a non-hydrate mode of operation of the gas supply system of a gas turbine, including a fuel consumption regulator 33. Using an expander generator allows, in comparison with traditional technical solutions, to reduce the flow Livni gas for auxiliaries (for heating gas flow throttled) GTU gas supply system.

При работе установки для стабилизации мощности газотурбинных установок в летнее время (при повышенной температуре окружающего воздуха) запыленный атмосферный воздух поступает в первую (по ходу воздуха) ступень воздухопромывателя 1, в которую через форсунки 5 производится впрыск технической воды (поток ВТ). При контактном тепло-массообмене с воздухом происходит обеспыливание воздуха и его охлаждение за счет частичного испарения технической воды (или охлажденного конденсата водяных паров, части потока ВКО). Дальнейшее охлаждение воздуха происходит на второй ступени эжекторного воздухопромывателя 1, на форсунки 7 которой подается охлажденный дистиллят (поток ДО). Охлажденный воздух поступает в воздушный компрессор 3, нагнетающий воздух в камеру сгорания газотурбинной установки 4. Эжектирование потока воздуха спутными потоками распыленной форсунками воды обеспечивает практически отрицательные аэродинамические потери воздухопромывателя и наибольшую его энергоэффективность среди известных конструкций.When the installation is used to stabilize the power of gas turbine units in the summer (at elevated ambient temperatures), dusty atmospheric air enters the first (along the air) stage of the air washer 1, into which technical water is injected through nozzles 5 (VT stream). In contact heat and mass transfer with air, dust is dedusted and cooled due to partial evaporation of process water (or cooled condensate of water vapor, part of the EKO stream). Further cooling of the air occurs at the second stage of the ejector air scrubber 1, to the nozzle 7 of which a cooled distillate is supplied (flow of DO). Cooled air enters the air compressor 3, which injects air into the combustion chamber of the gas turbine unit 4. Ejection of the air flow by satellite streams sprayed with water nozzles provides almost negative aerodynamic losses of the air washer and its greatest energy efficiency among the known designs.

За счет охлаждения циклового воздуха массовая производительность воздушного компрессора повышается (по сравнению с компримированием горячего воздуха) и, тем самым обеспечивается стабилизация (исключение потерь мощности) ГТУ в жаркое время года. Обеспыливание воздуха в воздухопромывателе 1, осуществляемое при контакте потока воздуха с поверхностью капель распыленной форсунками воды, обеспечивает повышение моторесурса газотурбинной установки 4 за счет уменьшения (исключения) эрозионного износа лопаток.Due to the cooling of the cyclic air, the mass productivity of the air compressor is increased (compared to the compression of hot air) and, thereby, stabilization (elimination of power losses) of the gas turbine is ensured in the hot season. Dust removal of air in the air washer 1, carried out by contact of the air flow with the surface of the droplets sprayed with water nozzles, increases the life of the gas turbine unit 4 by reducing (eliminating) erosive wear of the blades.

Выхлопные (дымовые) газы из газовой турбины 4, поток ДГ1, поступают в паровой котел-утилизатор 28, в котором рекуперируется теплота дымовых газов и генерируется перегретый пар, поток ПП, подаваемый в паровую теплофикационную турбину 36, подключенную к потребителю механической энергии 37 (электрогенератору или газовому компрессору) паровой турбины 36. Расход дымовых газов (поток ДГ1), поступающих на паровой котел-утилизатор 28 и, соответственно, его теплопроизводительность, регулируется с помощью дымового шибера 29.The exhaust (flue) gases from the gas turbine 4, the DG1 stream, enter the waste heat boiler 28, in which the heat of the flue gases is recovered and superheated steam is generated, the PP stream supplied to the steam heating turbine 36 connected to the consumer of mechanical energy 37 (electric generator or a gas compressor) of a steam turbine 36. The flow of flue gases (DG1 stream) entering the waste heat boiler 28 and, accordingly, its heat output, is regulated using a smoke gate 29.

Остальная часть дымовых газов, поток ДГ2, подается на байпасный патрубок 31 дымовой трубы 30, минуя паровой котел-утилизатор 28 и газоохладитель 2.The rest of the flue gas, flow DG2, is fed to the bypass pipe 31 of the chimney 30, bypassing the steam recovery boiler 28 and gas cooler 2.

Охлажденные в паровом котле-утилизаторе 28 дымовые газы поступают двухступенчатый эжекторный газоохладитель 2.The flue gases cooled in the steam recovery boiler 28 receive a two-stage ejector gas cooler 2.

(Следует отметить, что предварительное охлаждение в паровом котле-утилизаторе 28 дымовых газов, поступающих затем в газоохладитель 2, обеспечивает снижение энергозатрат на генерацию водяного конденсата (из водяных паров) за счет уменьшения энергопотребления привода вентилятора охладителя конденсата 19.)(It should be noted that the preliminary cooling in the steam boiler-utilizer 28 of the flue gases entering the gas cooler 2 then reduces the energy consumption for generating water condensate (from water vapor) by reducing the energy consumption of the condensate cooler fan drive 19.)

На первой (по ходу дымовых газов) ступени газоохладителя 2 охлаждение дымовых газов осуществляется путем впрыска через форсунки 14 технической воды, отводимой по патрубку 11 из первой ступени воздухопромывателя 1. Предварительно вода очищается от механических примесей в фильтре технической воды 12, а затем насосом технической воды 13 подается на форсунки 14.At the first (along the flue gas) stage of the gas cooler 2, the flue gas is cooled by injection through the nozzle 14 of the process water discharged through the pipe 11 from the first stage of the air washer 1. The water is first cleaned of mechanical impurities in the filter of the process water 12, and then by the pump of the process water 13 is fed to the nozzles 14.

При контактном тепло- и массообмене и испарении распыленной форсунками 14 технической воды дымовые газы в первой ступени газоохладителя 2 охлаждаются и увлажняются. Неиспарившаяся часть потока технической воды сбрасывается в дренаж (поток Д на схеме).In contact heat and mass transfer and evaporation of sprayed industrial water nozzles 14, the flue gases in the first stage of the gas cooler 2 are cooled and moistened. The unevaporated part of the process water stream is discharged into the drainage (stream D in the diagram).

Во второй ступени газоохладителя 2 происходит дальнейшее охлаждение и осушка дымовых газов за счет впрыска через форсунки 17 охлажденного конденсата водяных паров (поток ВКО) в спутный поток дымовых газов. Охлажденные дымовые газы из газоохладителя 2 по дымовой трубе 30 отводятся в атмосферу.In the second stage of the gas cooler 2, further cooling and drying of the flue gases occurs due to the injection through the nozzles 17 of the cooled condensate of water vapor (flow EKO) into the satellite flue gas stream. Cooled flue gases from the gas cooler 2 through the chimney 30 are discharged into the atmosphere.

Применение двухступенчатого эжекторного газоохладителя снижает газодинамические потери по тракту выхлопных газов ГТУ вследствие эжекции потока газов «факелами» распыла охлаждающей воды.The use of a two-stage ejector gas cooler reduces gas-dynamic losses along the GTU exhaust gas path due to ejection of the gas flow by “torches” of cooling water spray.

Нагретый конденсат, а также сконденсированные из дымовых газов водяные пары (поток ВК) выходят через патрубок 20 из второй ступени' газоохладителя 2 и подаются вначале в теплообменник подогрева теплофикационной воды 27, а затем поступают в емкость водяного конденсата (деаэратор) 26. Деаэрированный водяной конденсат из емкости 26 конденсатным насосом 21 подается во входной коллектор 22 и, пройдя через фильтр водяного конденсата 23, поступает в охладитель конденсата 19 (аппарат воздушного охлаждения).Heated condensate, as well as water vapor condensed from flue gases (VK stream), leave through the pipe 20 from the second stage of the gas cooler 2 and are first fed to the heating water heating exchanger 27, and then they enter the water condensate tank (deaerator) 26. Deaerated water condensate from the tank 26, the condensate pump 21 is fed into the inlet manifold 22 and, passing through the water condensate filter 23, enters the condensate cooler 19 (air cooling apparatus).

Выходящий из охладителя конденсата 19 поток охлажденного конденсата водяных паров (поток ВКО) поступает в выходной коллектор 18 и из него подается на форсунки 17 второй ступени газоохладителя 2, а также на подпитку испарителя 10 холодильной установки. Обвязка установки предусматривает также подачу охлажденного водяного конденсата (поток ВКО) из коллектора 18:The stream of cooled condensate of water vapor leaving the condensate cooler 19 (EKO stream) enters the output manifold 18 and is supplied from it to the nozzles 17 of the second stage of the gas cooler 2, as well as to the recharge of the evaporator 10 of the refrigeration unit. The plant strapping also provides for the supply of chilled water condensate (EKO stream) from the collector 18:

- во входной коллектор технической воды 6 и на форсунки 5 первой ступени воздухопромывателя 1 (при низком качестве или отсутствии технической воды);- into the input collector of process water 6 and to nozzles 5 of the first stage of the air washer 1 (with low quality or lack of process water);

- на вход питательного насоса 40 и пароструйного насоса 42 для подпитки парового котла-утилизатора 28 (в дополнение к основному потоку конденсата отработанного пара из паровой теплофикационной турбины 36, выходящему из теплообменника-конденсатора 38 и конденсатора воздушного охлаждения 41);- to the inlet of the feed pump 40 and the steam jet pump 42 for feeding the waste heat boiler 28 (in addition to the main condensate stream of the exhaust steam from the steam heating turbine 36 exiting the heat exchanger-condenser 38 and the air-cooled condenser 41);

- на вход сетевого циркуляционного насоса 39 для подпитки системы теплоснабжения;- at the input of the network circulation pump 39 to recharge the heat supply system;

- на установку подготовки хозпитьевой воды (поток ХПВ).- to the installation for the preparation of household water (CPV flow).

При работе установки стабилизации мощности ГТУ необходимый температурный уровень охлажденного воздуха (поток ВО) перед воздушным компрессором 3 обеспечивается испарителем 10 холодильной установки. В испарителе происходит частичное испарение нагретого дистиллята (поток ДН), поступающего из выходного жидкостного патрубка 15 второй ступени воздухопромывателя во входной патрубок 16 нагретого дистиллята. Отвод теплоты испарением от потока нагретого дистиллята в испарителе 10 интенсифицируется за счет вакуума, создаваемого в испарителе вакуум-компрессором 24. Отбираемая вакуум-компрессором 24 парогазовая смесь (поток ВП+ГД) водяных паров и газов дегазации дистиллята, подается на патрубок 25 парогазовой смеси, подключенный (по ходу потока дымовых газов) между первой и второй ступенями газоохладителя 2. Водяные пары из парогазовой смеси конденсируются на второй ступени газоохладителя 2, совместно с водяными парами влажных дымовых газов, поступивших с первой ступени газоохладителя, тем самым способствуя повышению энергоэффективности установки за счет исключения потерь водяного конденсата.During operation of the gas turbine power stabilization unit, the required temperature level of the cooled air (air stream) in front of the air compressor 3 is provided by the evaporator 10 of the refrigeration unit. In the evaporator, a partial evaporation of the heated distillate (NF flow) from the liquid outlet pipe 15 of the second stage of the air washer to the inlet pipe 16 of the heated distillate takes place. The heat removal by evaporation from the heated distillate stream in the evaporator 10 is intensified due to the vacuum created in the evaporator by a vacuum compressor 24. The vapor-gas mixture (VP + HD stream) of water vapor and distillate degassing gases removed by the vacuum compressor 24 is supplied to the pipe 25 of the vapor-gas mixture, connected (along the flue gas flow) between the first and second stages of gas cooler 2. Water vapor from the gas-vapor mixture condenses on the second stage of gas cooler 2, together with water vapor of moist flue gas, vshih from the first stage gas cooler, thereby enhancing energy installation by eliminating the loss of water condensate.

Из испарителя 10 охлажденный дистиллят (поток ДО), выходящий из патрубка 9 циркуляционным насосом 8 подается на форсунки 7 второй ступени воздухопромывателя 1, обеспечивая оптимальную температуру охлажденного воздуха (поток ВО) перед воздушным компрессором 3 ГТУ 4, исключающую потери мощности ГТУ в жаркое время года или образование ледяных отложений в проточной части воздушного компрессора (и снижение мощности и моторесурса) в холодное время года.From the evaporator 10, the cooled distillate (DO stream) exiting the nozzle 9 by the circulation pump 8 is fed to the nozzles 7 of the second stage of the air washer 1, ensuring the optimum temperature of the cooled air (HE stream) in front of the air compressor 3 of the gas turbine 4, eliminating the loss of gas turbine power in the hot season or the formation of ice deposits in the flow part of the air compressor (and a decrease in power and motor resources) in the cold season.

Таким образом, за счет приведенных выше технических решений предлагаемая установка стабилизации мощности газотурбинных установок обеспечивает повышение энергоэффективности устройства при его эксплуатации в составе комбинированных парогазовых установок и установок электро-тепло-водоснабжения, а также увеличение его холодопроизводительности, обеспечивающей исключение потерь мощности ГТУ при повышенной температуре окружающего воздуха.Thus, due to the above technical solutions, the proposed power stabilization unit for gas turbine units provides an increase in the energy efficiency of the device during its operation as a part of combined-cycle gas and electric-heat-water supply units, as well as an increase in its cooling capacity, which ensures the exclusion of GTU power losses at elevated ambient temperatures air.

Экономический эффект от ее применения обусловлен снижением потребления энергоресурсов (топлива и электроэнергии) при совместной генерации механической (электрической), тепловой энергии и технической воды за счет подключения вакуум-компрессора для удаления водяных паров и газов дегазации из испарителя, размещения газопромывателя по ходу дымовых газов за паровым котлом-утилизатором и размещения на линии подачи топлива на ГТУ детандер-генератора, генератор которого электрически связан с входным электронагревателем топливного газа.The economic effect of its application is due to a decrease in energy consumption (fuel and electricity) during the joint generation of mechanical (electrical), thermal energy and industrial water by connecting a vacuum compressor to remove water vapor and degassing gases from the evaporator, placing a gas scrubber along the flue gas a waste heat boiler and placing an expander generator on the fuel supply line to the gas turbine unit, the generator of which is electrically connected to the input electric gas fuel heater.

Claims

The power stabilization installation of gas turbine units (GTU), comprising an air scrubber 1 and a gas cooler 2, respectively connected to the inlet pipe of the air compressor 3 and the flue gas outlet from the gas turbine 4, and the air scrubber 1 is made in the form of a two-stage ejector scrubber, nozzle 5 of the first air scrubber stage connected to the inlet manifold 6 of industrial water, and nozzles 7 of the second stage of the air washer are connected to the output of the circulation pump 8, the suction of which is connected to the outlet to the bottom pipe 9 of the cooled distillate of the evaporator 10 of the refrigeration unit, the liquid outlet pipe 11 of the first stage of the air washer is connected in series to the filter 12, the pump 13 of industrial water and to the nozzles 14 of the first gas cooler stage 2, made in the form of a two-stage ejector scrubber, and the liquid outlet the pipe 15 of the second stage of the air washer is connected to the inlet pipe 16 of the heated distillate of the evaporator of the refrigeration unit, the nozzle 17 of the second stage of the gas cooler connected to the output manifold 18 of the condensate cooler 19, and the output liquid pipe 20 of the second stage of the gas cooler is connected to a series-connected condensate pump 21, the input manifold 22 of the condensate cooler 19, the output manifold 18 of the condensate cooler 19 is also connected to the evaporator 10 of the refrigeration unit, characterized in that it additionally includes a water condensate filter 23 mounted on the inlet manifold 22 in front of the condensate cooler 19, a vacuum compressor 24, the input of which is connected to the top of the evaporator Iteli 10 of the refrigeration unit, and the outlet is connected to the pipe 25 of the gas mixture located between the first and second stages of the gas cooler 2, the capacity of the water condensate 26, the condensate is taken from the pump 21, the heat exchanger 27 of the heating water heating, the water condensate inlet is connected to the outlet liquid pipe 20 gas cooler 2, the input of which is connected through the exhaust gas path to the output of the steam recovery boiler 28, connected through a smoke gate 29 to the exhaust pipe of the gas turbine 4, and the gas outlet lighter 2 is connected to the entrance to the chimney 30, lower in level of the bypass flue gas pipe 31 mounted on it, connected to the exhaust pipe of the gas turbine 4, kinematically connected to the consumer of mechanical energy 32, and when working on high-pressure fuel gas in front of the fuel consumption regulator 33 on the fuel supply line to the gas turbine 4 is located an expander generator 34, the generator of which is electrically connected to the input electric heater 35 of the fuel gas.