[go: up one dir, main page]

RU2656769C1 - Thermal power plant gas turboexpander power unit operation method - Google Patents

Thermal power plant gas turboexpander power unit operation method Download PDF

Info

Publication number
RU2656769C1
RU2656769C1 RU2017112924A RU2017112924A RU2656769C1 RU 2656769 C1 RU2656769 C1 RU 2656769C1 RU 2017112924 A RU2017112924 A RU 2017112924A RU 2017112924 A RU2017112924 A RU 2017112924A RU 2656769 C1 RU2656769 C1 RU 2656769C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
gas
pressure
heat exchanger
turbine
heat
Prior art date
Application number
RU2017112924A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Владимир Васильевич Бирюк
Евгений Александрович Ларин
Михаил Юрьевич Лившиц
Александра Борисовна Цапкова
Леонид Павлович Шелудько
Сергей Сергеевич Корнеев
Original Assignee
федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королёва"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королёва" filed Critical федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королёва"
Priority to RU2017112924A priority Critical patent/RU2656769C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2656769C1 publication Critical patent/RU2656769C1/en

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02CGAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C6/00Plural gas-turbine plants; Combinations of gas-turbine plants with other apparatus; Adaptations of gas-turbine plants for special use
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02CGAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C7/00Features, components parts, details or accessories, not provided for in, or of interest apart form groups F02C1/00 - F02C6/00; Air intakes for jet-propulsion plants
    • F02C7/08Heating air supply before combustion, e.g. by exhaust gases
    • F02C7/10Heating air supply before combustion, e.g. by exhaust gases by means of regenerative heat-exchangers
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B11/00Compression machines, plants or systems, using turbines, e.g. gas turbines

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)

Abstract

FIELD: machine building.
SUBSTANCE: method of the thermal power plant gas turbine-expander power unit operation is that the atmospheric air is compressed in compressor, supplied into combustion chamber, fuel is burned, combustion products are expanded in gas turbine, gas turbine useful work is used to generate electricity, turboexpander useful work is used to drive compressor. In the gas turbine-expander power unit, regenerative air heater, booster gas compressor, and the gas turbine exhaust gases heat utilization heat exchanger are additionally applied, at that, the high-pressure gas pre-heating and the exhaust gases heat utilization heat exchangers are made gas-water ones. by of hot and cooled down coolant pipelines utilizing the heat of the exhaust gases gas-water heat exchanger is connected to the high-pressure gas pre-heating gas-water heat exchanger and to the reduced pressure gas pre-heating gas-water heat exchanger. Small part of the gas from the high-pressure gas pipeline of 1.0–0.6 MPa is compressed in booster gas compressor and with a pressure of 2.5–3 MPa supplied to the combustion chamber. Most part of the high-pressure gas is pre-heated by the hot coolant heat in the high-pressure gas pre-heating gas-water heat exchanger, expanded in turboexpander to the pressure of 0.13–0.15 MPa and temperature of 3–5 °C. Then this gas is pre-heated by the hot coolant heat in the low-pressure gas-water heat exchanger and supplied to the thermal power plant boiler units through the reduced pressure gas pipeline. Cooled down in the high and low pressure gas pre-heating gas-water heat exchangers coolant is sent to the gas turbine exhaust gases heat utilization gas-water heat exchanger for pre-heating. With the gas pressure change in the high-pressure gas pipeline, using the low-pressure gas pressure control system to change the turboexpander regulating guide vanes position and maintaining constant gas pressure in the low-pressure gas pipeline supplied to the thermal power plant boiler units.
EFFECT: proposed is the gas turboexpander power unit operation method.
1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области энергетики, в частности к способу работы газотурбодетандерных агрегатов, и может быть использовано на тепловых электрических станциях.The invention relates to the field of energy, in particular to a method of operation of gas turbine expansion units, and can be used at thermal power plants.

Известна газотурбинная установка (Патент РФ №2338908, МПК F02C 6/18, опубл. 20.11.2008), содержащая компрессор, камеру сгорания, силовую газовую турбину, электрогенератор, теплообменный аппарат, турбодетандер. Высоконапорная магистраль природного газа соединена через теплообменный аппарат с входом турбодетандера, выход которого связан с камерой сгорания и с потребителем газа. Силовая газовая турбина связана валом с электрогенератором. Ротор высокооборотного турбодетандера соединен валом с ротором компрессора. Греющей средой теплообменного аппарата являются горячие газы, выходящие из силовой газовой турбины. Положительным качеством этой газотурбинной установки является привод компрессора от высокооборотного турбодетандера. Но эта газотурбинная установка не может быть применена на тепловых электрических станциях (ТЭС), так как давление газа, расширенного в ее турбодетандере и используемого для подачи в камеру сгорания, должно быть не менее 2,5 МПа, тогда как давление топливного газа, подаваемого в котельные агрегаты ТЭС, должно быть равным 0,13-0,15 МПа.Known gas turbine installation (RF Patent No. 2338908, IPC F02C 6/18, published on November 20, 2008), comprising a compressor, a combustion chamber, a power gas turbine, an electric generator, a heat exchanger, a turbine expander. The high-pressure line of natural gas is connected through a heat exchanger to the inlet of the turboexpander, the output of which is connected to the combustion chamber and to the gas consumer. A power gas turbine is connected by a shaft to an electric generator. The rotor of a high-speed turboexpander is connected by a shaft to the compressor rotor. The heating medium of the heat exchanger is the hot gases leaving the power gas turbine. A positive quality of this gas turbine installation is the compressor drive from a high-speed turbo expander. But this gas turbine installation cannot be used at thermal power plants (TPPs), since the pressure of the gas expanded in its turbo-expander and used to supply it to the combustion chamber must be at least 2.5 MPa, while the pressure of the fuel gas supplied to boiler units of thermal power plants should be equal to 0.13-0.15 MPa.

Известен также способ работы турбодетандерного агрегата (ТДА) (Е.А. Жигулина, Н.В. Калинин, В.Г. Хромченков. Эффективность подогрева природного газа при использовании детандергенераторных агрегатов на тепловых электрических станциях, http://www.combienergy.ru/stat/1215-Effektivnost-podogreva-prirodnogo-gaza-pri-ispolzovanii), применяемый для выработки электроэнергии на ТЭС с использованием потенциальной энергии сжатого природного газа, потребляемого котельными агрегатами. Согласно этому способу природный газ подают на газораспределительную станцию (ГРП) ТЭС с давлением 1,0-0,6 МПа, подогревают до температуры 80-100°С, расширяют в турбодетандерном агрегате с понижением его давления до 0,13-0,15 МПа и температуры в 3-5°С, исключающей гидратообразование. Этот газ подогревают после турбодетандера и используют как топливный газ для котельных агрегатов ТЭС. Теплоносителем для подогрева газа перед турбодетандером является вода, нагретая паром из отборов паровых турбин. Конденсат греющего пара возвращают в пароводяной цикл ТЭС. В зимнем режиме работы ТЭС греющую воду для ТДА подогревают также в пиковых водогрейных котлах.There is also a known method of operation of a turboexpander unit (TDA) (E. A. Zhigulina, N. V. Kalinin, V. G. Khromchenkov. Efficiency of heating natural gas using expander units in thermal power plants, http://www.combienergy.ru / stat / 1215-Effektivnost-podogreva-prirodnogo-gaza-pri-ispolzovanii), used to generate electricity at TPPs using the potential energy of compressed natural gas consumed by boiler units. According to this method, natural gas is supplied to a gas distribution station (HF) of a TPP with a pressure of 1.0-0.6 MPa, heated to a temperature of 80-100 ° C, expanded in a turboexpander unit with a decrease in its pressure to 0.13-0.15 MPa and a temperature of 3-5 ° C, excluding hydrate formation. This gas is heated after the turboexpander and is used as fuel gas for boiler units of TPPs. The heat carrier for heating the gas in front of the turboexpander is water heated by steam from the steam turbine offsets. The condensate of the heating steam is returned to the steam-water cycle of the TPP. In the winter mode of operation of thermal power plants, heating water for TDA is also heated in peak hot water boilers.

Недостатком этого способа является необходимость связи ТДА трубопроводами теплоносителя и теплообменниками с отборами пара паровых турбин ТЭС. Кроме того, турбодетандерные установки, работающие по этому способу, имеют недостаточно высокую электрическую мощность из-за использования в них энергии теплоносителя, подогретого на ТЭС.The disadvantage of this method is the need for TDA to be connected by heat carrier pipelines and heat exchangers with steam extraction of steam turbines of TPPs. In addition, the turbo-expander units operating by this method do not have a sufficiently high electric power due to the use of the energy of the heat carrier heated at the TPP.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ работы энергетической газотурбодетандерной установки собственных нужд компрессорных станций магистральных газопроводов (Патент РФ №2541080, МПК F02C 6/00, F01K 27/00, F25B 11/00, опубл. 10.02.2015), содержащих газопровод высокого давления, подогреватель газа, газотурбодетандерную установку, состоящую из турбодетандера с регулируемым сопловым аппаратом, воздушного компрессора, камеры сгорания, газовой турбины, теплообменника-регенератора, электрогенератора, трубопроводы горячего и охлажденного теплоносителя, систему управления давлением газа, выходную газовую магистраль, при этом газопровод высокого давления соединен по газу с входом турбодетандера через теплообменник-регенератор, выход которого связан с выходной газовой магистралью и с камерой сгорания, воздушный компрессор соединен через камеру сгорания с газовой турбиной, выход газовой турбины связан по продуктам сгорания через теплообменник-регенератор с атмосферой.The closest in technical essence to the present invention is a method of operating a gas turbine expansion unit for the auxiliary needs of compressor stations of gas pipelines (RF Patent No. 2541080, IPC F02C 6/00, F01K 27/00, F25B 11/00, publ. 10.02.2015), containing high pressure gas pipeline, gas heater, gas turbine expander unit, consisting of a turboexpander with an adjustable nozzle apparatus, an air compressor, a combustion chamber, a gas turbine, a heat exchanger-regenerator, an electric generator, a pipeline hot and cooled heat carrier, gas pressure control system, gas outlet, while the high pressure gas pipeline is connected through gas to the turbo expander inlet through a heat exchanger-regenerator, the outlet of which is connected to the gas outlet and to the combustion chamber, the air compressor is connected through the combustion chamber to the gas by a turbine, the output of a gas turbine is connected to the atmosphere via combustion products through a heat exchanger-regenerator.

Согласно этому способу газ высокого давления подогревают, расширяют в турбодетандере с регулирующим сопловым аппаратом, полезную работу турбодетандера используют для привода компрессора, а полезную работу газовой турбины используют для выработки электроэнергии в электрогенераторе. Подогрев газа высокого давления перед турбодетандером производят за счет теплоты выхлопных газов газовой турбины. При изменении давления газа высокого давления с помощью регулирующего соплового аппарата поддерживают постоянное давление газа, расширенного в турбодетандере. Данный способ работы энергетической газотурбодетандерной установки принят в качестве прототипа предлагаемого изобретения. Положительным качеством способа-прототипа является повышенная электрическая мощность энергетической газотурбинной установки за счет использования работы турбодетандера для сжатия воздуха в компрессоре.According to this method, the high-pressure gas is heated, expanded in a turboexpander with a regulating nozzle apparatus, the useful work of a turboexpander is used to drive a compressor, and the useful work of a gas turbine is used to generate electricity in an electric generator. The high-pressure gas is heated in front of the turboexpander due to the heat of the exhaust gases of the gas turbine. When changing the pressure of a high-pressure gas using a regulating nozzle apparatus, a constant pressure of the gas expanded in the turboexpander is maintained. This method of operation of an energy gas turbine expander is adopted as a prototype of the invention. The positive quality of the prototype method is the increased electric power of a gas turbine power plant by using the work of a turbo expander to compress air in a compressor.

Но способ-прототип предназначен для выработки электроэнергии на компрессорной станции с подачей газа высокого давления в турбодетандер. Природный газ высокого давления 5,5-7 МПа расширяют в турбодетандере и направляют его с давлением 2,5-3 МПа в камеры сгорания газоперекачивающих агрегатов. Этот способ не может быть применен для работы газотурбодетандерной энергетической установки тепловой электрической станции вследствие того, что на ГРП ТЭС подают природный газ с давлением до 1 МПа и расширяют его в дросселе до давления 0,13-0,15 МПа, необходимом для подачи топливного газа в котельные агрегаты ТЭС.But the prototype method is designed to generate electricity at a compressor station with the supply of high pressure gas to a turboexpander. High-pressure natural gas of 5.5-7 MPa is expanded in a turboexpander and sent with a pressure of 2.5-3 MPa to the combustion chambers of gas pumping units. This method cannot be applied to the operation of a gas turbine expander power plant of a thermal power plant due to the fact that natural gas with a pressure of up to 1 MPa is supplied to the hydraulic fracturing of a thermal power plant and expanded in a throttle to a pressure of 0.13-0.15 MPa required for supplying fuel gas in boiler units of TPPs.

Технической задачей предлагаемого изобретения является увеличение электрической мощности и тепловой экономичности газотурбодетандерной энергетической установки тепловой электрической станции.The technical task of the invention is to increase the electric power and thermal efficiency of a gas turbine expander power plant of a thermal power plant.

Поставленная задача решается за счет того, что в способе работы газотурбодетандерной энергетической установки тепловой электрической станции, содержащей газопровод высокого давления, теплообменник подогрева газа высокого давления, турбодетандер с регулирующим сопловым аппаратом, теплообменник подогрева газа пониженного давления, газотурбинную установку с компрессором, камерой сгорания, газовой турбиной, электрогенератором, трубопроводы горячего и охлажденного теплоносителя (воды) с насосом, систему управлением давлением газа пониженного давления; при этом газопровод высокого давления через теплообменник подогрева газа высокого давления соединен с входом турбодетандера, выход турбодетандера связан через теплообменник подогрева газа пониженного давления с газопроводом пониженного давления, этот теплообменник связан с трубопроводами горячего и охлажденного теплоносителя, турбодетандер соединен валом с компрессором, газовая турбина соединена валом с электрогенератором, система управления давлением газа пониженного давления связана импульсными линиями с регулирующим сопловым аппаратом турбодетандера и с газопроводом пониженного давления, согласно этому способу атмосферный воздух сжимают в компрессоре, подают в камеру сгорания, сжигают топливо, продукты сгорания расширяют в газовой турбине, полезную работу газовой турбины используют для выработки электроэнергии, полезную работу турбодетандера используют для привода компрессора, причем в газотурбодетандерной энергетической установке дополнительно применяют регенеративный воздухоподогреватель, дожимной газовый компрессор, теплообменник утилизации теплоты уходящих газов газовой турбины, при этом теплообменники подогрева газа высокого давления и утилизации теплоты уходящих газов выполняют газоводяными, газоводяной теплообменник утилизации теплоты уходящих газов соединяют трубопроводами горячего и охлажденного теплоносителя с газоводяным теплообменником подогрева газа высокого давления и с газоводяным теплообменником подогрева газа пониженного давления; небольшую часть газа из газопровода высокого давления 1,0-0,6 МПа сжимают в дожимном газовом компрессоре и с давлением 2,5-3 МПа подают в камеру сгорания, большую часть газа высокого давления подогревают теплом горячего теплоносителя в газоводяном теплообменнике подогрева газа высокого давления, расширяют в турбодетандере до давления 0,13-0,15 МПа и температуры 3-5°С, затем этот газ подогревают теплом горячего теплоносителя в газоводяном теплообменнике пониженного давления и по газопроводу пониженного давления подают в котельные агрегаты тепловой электрической станции, теплоноситель, охлажденный в газоводяных теплообменниках подогрева газа высокого и пониженного давления, направляют для подогрева в газоводяной теплообменник утилизации теплоты уходящих газов газовой турбины; при изменении давления газа в газопроводе высокого давления систему управления давлением газа пониженного давления используют для изменения положения регулирующего соплового аппарата турбодетандера и поддержания постоянного давления газа в газопроводе пониженного давления, подаваемого в котельные агрегаты тепловой электрической станции.The problem is solved due to the fact that in the method of operation of a gas turbine expander power plant of a thermal power station containing a high pressure gas pipeline, a heat exchanger for heating high pressure gas, a turbine expander with a regulating nozzle apparatus, a heat exchanger for heating gas under pressure, a gas turbine unit with a compressor, a combustion chamber, gas turbine, electric generator, pipelines of hot and cooled heat carrier (water) with a pump, gas pressure control system conjugated pressure; in this case, the high pressure gas pipeline is connected to the inlet of the turbine expander through the heat exchanger of heating the high pressure gas, the output of the turbine expander is connected through the heat exchanger of heating the gas of low pressure to the gas pipeline of low pressure, this heat exchanger is connected to the pipelines of the hot and cooled coolant, the turbine expander is connected by a shaft to the compressor, the gas turbine is connected by a shaft with an electric generator, a low pressure gas pressure control system is connected by impulse lines to a regulating nozzle m with a turbo-expander apparatus and with a reduced pressure gas pipeline, according to this method, atmospheric air is compressed in a compressor, fed to a combustion chamber, fuel is burned, combustion products are expanded in a gas turbine, useful work of a gas turbine is used to generate electricity, useful work of a turbine expander is used to drive a compressor, moreover, a regenerative air heater, a booster gas compressor, a heat exchanger the flue gas rafts of the gas turbine, while the heat exchangers for heating the high-pressure gas and heat recovery of the flue gases are gas-water, the gas-water heat exchanger for the heat recovery of the flue gases is connected by pipelines of hot and cooled heat carrier to the gas-water heat exchanger for heating the high-pressure gas and to the gas-water heat exchanger for heating the low-pressure gas; a small part of the gas from the high pressure gas pipeline of 1.0-0.6 MPa is compressed in a booster gas compressor and fed into the combustion chamber with a pressure of 2.5-3 MPa, most of the high pressure gas is heated with hot heat in a gas-water high-pressure gas heat exchanger expand in a turboexpander to a pressure of 0.13-0.15 MPa and a temperature of 3-5 ° C, then this gas is heated with the heat of a hot heat carrier in a gas-water heat exchanger of reduced pressure and is fed to the boiler units using heat howl power plant, the heat medium cooled in the gas-water heat exchangers preheating gas of high and low pressure is sent to a gas-heating heat exchanger heat recovery of exhaust gases of the gas turbine; when the gas pressure in the high pressure gas pipeline changes, the low pressure gas pressure control system is used to change the position of the regulating nozzle apparatus of the turbo expander and maintain a constant gas pressure in the low pressure gas pipeline supplied to the boiler units of the thermal power station.

Новые технические решения в предлагаемом способе работы газотурбодетандерной энергетической установки тепловой электрической станции позволяют увеличить электрическую мощность и экономичность газотурбодетандерной энергетической установки за счет дополнительного применения регенеративного воздухоподогревателя; газоводяных теплообменников высокого давления, пониженного давления и утилизации теплоты уходящих газов газовой турбины. Важно, что расход газа, подогреваемого в газоводяном теплообменнике высокого давления и в газоводяном теплообменнике пониженного давления, близок к расходу продуктов сгорания через газоводяной теплообменник утилизации теплоты уходящих газов газовой турбины. Это способствует снижению температуры уходящих газов и большей утилизации тепла выхлопных газов газовой турбины. За счет этого в предлагаемом способе работы газотурбодетандерной энергетической установки будет достигнут высокий уровень совместной когенерационной выработки электрической и тепловой энергии с повышением до 80-85% коэффициента использования тепла топлива, сжигаемого в камере сгорания газотурбинной установки.New technical solutions in the proposed method of operation of a gas turbine expander power plant of a thermal power plant can increase the electric power and efficiency of a gas turbine expander power plant due to the additional use of a regenerative air heater; gas-water heat exchangers of high pressure, low pressure and heat recovery of the exhaust gases of a gas turbine. It is important that the flow rate of gas heated in a high-pressure gas-water heat exchanger and in a low-pressure gas-water heat exchanger is close to the flow of combustion products through a gas-water heat exchanger utilizing the heat of the exhaust gases of a gas turbine. This helps to reduce the temperature of the exhaust gases and greater utilization of the heat of the exhaust gases of the gas turbine. Due to this, in the proposed method of operation of a gas turbine expander power plant, a high level of joint cogeneration generation of electric and heat energy will be achieved with an increase of up to 80-85% of the heat utilization coefficient of the fuel burned in the combustion chamber of the gas turbine plant.

Схема устройства для реализации способа работы газотурбодетандерной энергетической установки изображена на Фиг. 1. Устройство включает: газопровод высокого давления 1, газоводяной теплообменник подогрева газа высокого давления 2, турбодетандер 3, компрессор 4, регенеративный воздухоподогреватель 5, газовую турбину 6, электрогенератор 7, камеру сгорания 8, газоводяной утилизационный теплообменник уходящих газов 9, трубопроводы теплоносителя (воды) 10 с насосом, теплообменник подогрева газа пониженного давления 11, газопровод пониженного давления 12, дожимной газовый компрессор топливного газа газотурбинной установки 13, тепловую электрическую станцию 14, систему управления давлением газа пониженного давления 15. Газопровод высокого давления 1 с давлением 1,0-0,6 МПа связан с турбодетандером 3. Выход турбодетандера 3 через газоводяной подогреватель газа пониженного давления 11 связан с газопроводом пониженного давления 12 и с тепловой электрической станцией 14. Выход компрессора 4 через регенеративный воздухоподогреватель 5 и камеру сгорания 8 связан с входом газовой турбины 6. Выход газовой турбины 6 связан выхлопным газоходом с атмосферой через регенеративный воздухоподогреватель 5 и газоводяной утилизационный теплообменник уходящих газов 9, который трубопроводами теплоносителя (воды) 10 связан с газоводяным подогревателем газа высокого давления 2 и с газоводяным подогревателем газа пониженного давления 11. Турбодетандер 3 связан общим валом с компрессором 4, а газовая турбина 6 связана валом с электрогенератором 7. Выход турбодетандера 3 соединен газопроводом пониженного давления 12 через газоводяной подогреватель газа пониженного давления 11 с котельными агрегатами тепловой электрической станции 14. Газопровод высокого давления 1 связан с камерой сгорания 8 через дожимной газовый компрессор 13 топливного газа газотурбинной установки. Система управления давлением газа пониженного давления 15 связана импульсными линиями с регулирующим сопловым аппаратом турбодетандера 3 и с газопроводом пониженного давления 12.A diagram of a device for implementing the method of operation of a gas turbine expander power plant is shown in FIG. 1. The device includes: a high-pressure gas pipeline 1, a gas-water heat exchanger for heating high-pressure gas 2, a turboexpander 3, a compressor 4, a regenerative air heater 5, a gas turbine 6, an electric generator 7, a combustion chamber 8, a gas-water exhaust gas heat exchanger 9, and coolant (water) pipelines ) 10 with a pump, a heat exchanger for heating gas of reduced pressure 11, a gas pipeline of reduced pressure 12, a booster gas compressor for fuel gas of a gas turbine unit 13, a thermal power station 14, the control system of the low pressure gas pressure 15. The high pressure gas pipeline 1 with a pressure of 1.0-0.6 MPa is connected to the turbo expander 3. The output of the turbo expander 3 through the gas and water low pressure gas heater 11 is connected to the low pressure gas pipeline 12 and to the thermal power station 14. The output of the compressor 4 through the regenerative air heater 5 and the combustion chamber 8 is connected to the inlet of the gas turbine 6. The output of the gas turbine 6 is connected by the exhaust gas duct to the atmosphere through the regenerative air heater 5 and gas water The flue gas recovery heat exchanger 9, which is connected with the heat-carrier (water) pipelines 10 to the gas-water high-pressure gas heater 2 and to the gas-water low-pressure gas heater 11. The turboexpander 3 is connected by a common shaft to the compressor 4, and the gas turbine 6 is connected by a shaft to the electric generator 7. The output of the turboexpander 3 is connected by a reduced pressure gas line 12 through a gas-water reduced pressure gas heater 11 with boiler units of a thermal power station 14. High pressure gas pipeline 1 is connected to the combustion chamber 8 via a gas booster compressor 13, a fuel gas of a gas turbine installation. The reduced pressure gas pressure control system 15 is connected by impulse lines to a regulating nozzle apparatus of a turboexpander 3 and to a reduced pressure gas line 12.

Предлагаемый способ работы газотурбодетандерной энергетической установки тепловой электрической станции осуществляют следующим образом. Природный газ из газопровода высокого давления 1 подогревают в газоводяном подогревателе газа высокого давления 2 и подают в турбодетандер 3. Здесь его расширяют с понижением давления до 0,13-0,15 МПа и температуры 3-5°С и подают по газопроводу пониженного давления 12 через газоводяной подогреватель газа пониженного давления 11 к котельным агрегатам тепловой электрической станции 14. Атмосферный воздух сжимают в компрессоре 4 и через регенеративный воздухоподогреватель 5 и камеру сгорания 8 подают на вход газовой турбины 6. Продукты сгорания газовой турбины 6 подают через регенеративный воздухоподогреватель 5 и газоводяной утилизационный теплообменник уходящих газов 9 в атмосферу. В этом теплообменнике теплом уходящих газов газовой турбины подогревают теплоноситель (воду), и по трубопроводу горячего теплоносителя 10 ее подают в газоводяной теплообменник газа высокого давления 2, подогревая в нем газ высокого давления, а также в газоводяной подогреватель газа пониженного давления 11, подогревая газ пониженного давления, подаваемый в котельные агрегаты тепловой электрической станции 14. Газ из газопровода высокого давления 1 направляют в дожимной газовый компрессор 13, сжимают до давления 2,5-3 МПа и подают в качестве топливного газа в камеру сгорания 8. При изменении давления в газопроводе высокого давления 1 с помощью системы управления давлением газа пониженного давления 15 изменяют положение регулирующего соплового аппарата турбодетандера 3 и поддерживают постоянное давление топливного газа 0,13-0,15 МПа в газопроводе пониженного давления 12.The proposed method of operation of a gas turbine expander power plant of a thermal power plant is as follows. Natural gas from a high-pressure gas pipeline 1 is heated in a gas-water high-pressure gas heater 2 and fed to a turboexpander 3. Here it is expanded with a decrease in pressure to 0.13-0.15 MPa and a temperature of 3-5 ° C and fed through a reduced pressure gas pipeline 12 through a gas-water heater of reduced pressure gas 11 to the boiler units of the thermal power station 14. Atmospheric air is compressed in the compressor 4 and through the regenerative air heater 5 and combustion chamber 8 is fed to the input of the gas turbine 6. Gas combustion products the howling turbine 6 is fed through a regenerative air heater 5 and a gas-water utilizing exhaust gas heat exchanger 9 into the atmosphere. In this heat exchanger, the heat carrier (water) is heated with the heat of the exhaust gases of the gas turbine, and it is supplied through the hot coolant pipe 10 to the high-pressure gas-water heat exchanger 2, heating the high-pressure gas therein, and also to the low-pressure gas-water heater 11, heating the low-pressure gas the pressure supplied to the boiler units of the thermal power station 14. Gas from the high pressure gas pipeline 1 is sent to a booster gas compressor 13, compressed to a pressure of 2.5-3 MPa and served as a top gas to the combustion chamber 8. When the pressure in the high pressure gas pipeline 1 is changed using a reduced pressure gas pressure control system 15, the position of the regulating nozzle apparatus of the turbo expander 3 is changed and the fuel gas pressure is kept constant at 0.13-0.15 MPa in the low pressure gas pipeline 12 .

Claims (1)

Способ работы газотурбодетандерной энергетической установки тепловой электрической станции, содержащей газопровод высокого давления, теплообменник подогрева газа высокого давления, турбодетандер с регулирующим сопловым аппаратом, теплообменник подогрева газа пониженного давления, газотурбинную установку с компрессором, камерой сгорания, газовой турбиной, электрогенератором, трубопроводы горячего и охлажденного теплоносителя (воды) с насосом, систему управлением давлением газа пониженного давления; при этом газопровод высокого давления через теплообменник подогрева газа высокого давления соединен с входом турбодетандера, выход турбодетандера связан через теплообменник подогрева газа пониженного давления с газопроводом пониженного давления, этот теплообменник связан с трубопроводами горячего и охлажденного теплоносителя, турбодетандер соединен валом с компрессором, газовая турбина соединена валом с электрогенератором, система управления давлением газа пониженного давления связана импульсными линиями с регулирующим сопловым аппаратом турбодетандера и с газопроводом пониженного давления, согласно этому способу атмосферный воздух сжимают в компрессоре, подают в камеру сгорания, сжигают топливо, продукты сгорания расширяют в газовой турбине, полезную работу газовой турбины используют для выработки электроэнергии, полезную работу турбодетандера используют для привода компрессора, отличающийся тем, что в газотурбодетандерной энергетической установке дополнительно применяют регенеративный воздухоподогреватель, дожимной газовый компрессор, теплообменник утилизации теплоты уходящих газов газовой турбины, при этом теплообменники подогрева газа высокого давления и утилизации теплоты уходящих газов выполняют газоводяными, газоводяной теплообменник утилизации теплоты уходящих газов соединяют трубопроводами горячего и охлажденного теплоносителя с газоводяным теплообменником подогрева газа высокого давления и с газоводяным теплообменником подогрева газа пониженного давления; небольшую часть газа из газопровода высокого давления 1,0-0,6 МПа сжимают в дожимном газовом компрессоре и с давлением 2,5-3 МПа подают в камеру сгорания, большую часть газа высокого давления подогревают теплом горячего теплоносителя в газоводяном теплообменнике подогрева газа высокого давления, расширяют в турбодетандере до давления 0,13-0,15 МПа и температуры 3-5°С, затем этот газ подогревают теплом горячего теплоносителя в газоводяном теплообменнике пониженного давления и по газопроводу пониженного давления подают в котельные агрегаты тепловой электрической станции, теплоноситель, охлажденный в газоводяных теплообменниках подогрева газа высокого и пониженного давления, направляют для подогрева в газоводяной теплообменник утилизации теплоты уходящих газов газовой турбины; при изменении давления газа в газопроводе высокого давления систему управления давлением газа пониженного давления используют для изменения положения регулирующего соплового аппарата турбодетандера и поддержания постоянного давления газа в газопроводе пониженного давления, подаваемого в котельные агрегаты тепловой электрической станции.The method of operation of a gas turbine expander power plant of a thermal power plant containing a high pressure gas pipeline, a high pressure gas heat exchanger, a turbo expander with a regulating nozzle apparatus, a low pressure gas heat exchanger, a gas turbine installation with a compressor, a combustion chamber, a gas turbine, an electric generator, hot and cooled coolant pipelines (water) with pump, gas pressure control system of reduced pressure; in this case, the high pressure gas pipeline is connected to the inlet of the turbine expander through the heat exchanger of heating the high pressure gas, the output of the turbine expander is connected through the heat exchanger of heating the gas of low pressure to the gas pipeline of low pressure, this heat exchanger is connected to the pipelines of the hot and cooled coolant, the turbine expander is connected by a shaft to the compressor, the gas turbine is connected by a shaft with an electric generator, a low pressure gas pressure control system is connected by impulse lines to a regulating nozzle m with a turbo-expander apparatus and with a reduced pressure gas pipeline, according to this method, atmospheric air is compressed in a compressor, fed to a combustion chamber, fuel is burned, combustion products are expanded in a gas turbine, useful work of a gas turbine is used to generate electricity, useful work of a turbine expander is used to drive a compressor, characterized in that in the gas turbine expander power plant, a regenerative air heater, a booster gas compressor, and heat exchangers are additionally used waste heat of exhaust gas of the turbine gases, the high-pressure gas preheating heat exchangers and waste heat of exhaust gas is performed gas-water, gas-water heat exchanger recovering the heat of exhaust gases connect conduits for the hot and the cooled coolant from the gas-water heat exchanger of high pressure gas heating and gas-water heat exchanger low pressure gas heater; a small part of the gas from the high pressure gas pipeline of 1.0-0.6 MPa is compressed in a booster gas compressor and fed into the combustion chamber with a pressure of 2.5-3 MPa, most of the high pressure gas is heated with hot heat in a gas-water high-pressure gas heat exchanger expand in a turboexpander to a pressure of 0.13-0.15 MPa and a temperature of 3-5 ° C, then this gas is heated with the heat of a hot heat carrier in a gas-water heat exchanger of reduced pressure and is fed to the boiler units using heat howl power plant, the heat medium cooled in the gas-water heat exchangers preheating gas of high and low pressure is sent to a gas-heating heat exchanger heat recovery of exhaust gases of the gas turbine; when the gas pressure in the high pressure gas pipeline changes, the low pressure gas pressure control system is used to change the position of the regulating nozzle apparatus of the turbo expander and maintain a constant gas pressure in the low pressure gas pipeline supplied to the boiler units of the thermal power station.
RU2017112924A 2017-04-13 2017-04-13 Thermal power plant gas turboexpander power unit operation method RU2656769C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017112924A RU2656769C1 (en) 2017-04-13 2017-04-13 Thermal power plant gas turboexpander power unit operation method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017112924A RU2656769C1 (en) 2017-04-13 2017-04-13 Thermal power plant gas turboexpander power unit operation method

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2656769C1 true RU2656769C1 (en) 2018-06-06

Family

ID=62560236

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2017112924A RU2656769C1 (en) 2017-04-13 2017-04-13 Thermal power plant gas turboexpander power unit operation method

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2656769C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2712339C1 (en) * 2018-09-20 2020-01-28 Общество с ограниченной ответственностью "Газпром трансгаз Самара" Combined power gas turbine expander unit of main line gas pipeline compressor station
RU2791066C1 (en) * 2022-01-12 2023-03-02 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Самарский государственный технический университет" Method for operation of the power gas turbine expander installation of the heat power plant

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2833136A1 (en) * 1978-07-28 1980-02-07 Wenzel Geb Dolmans Yvonne Power plant for heating - has turbine driving electrical generator which feeds intermediate heat accumulator
RU2182247C2 (en) * 1999-04-27 2002-05-10 Самарский государственный технический университет Method and device for starting gas-turbine power plant and feeding it with gas
RU2541080C1 (en) * 2013-09-12 2015-02-10 Общество с ограниченной ответственностью "Газпром трансгаз Самара" Auxiliary power gas turbine expander unit for compressor stations of gas-main pipelines
RU2549004C1 (en) * 2013-12-24 2015-04-20 Общество с ограниченной ответственностью "Газпром трансгаз Самара" Regenerative gas-turbine expansion unit
RU2557834C2 (en) * 2013-12-10 2015-07-27 Общество с ограниченной ответственностью "Газпром трансгаз Самара" Gas turbine expansion power plant of gas-distributing station
RU2576556C2 (en) * 2014-07-15 2016-03-10 Общество с ограниченной ответственностью "Газпром трансгаз Самара" Compressor station of main gas line with gas turbine expander power plant

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2833136A1 (en) * 1978-07-28 1980-02-07 Wenzel Geb Dolmans Yvonne Power plant for heating - has turbine driving electrical generator which feeds intermediate heat accumulator
RU2182247C2 (en) * 1999-04-27 2002-05-10 Самарский государственный технический университет Method and device for starting gas-turbine power plant and feeding it with gas
RU2541080C1 (en) * 2013-09-12 2015-02-10 Общество с ограниченной ответственностью "Газпром трансгаз Самара" Auxiliary power gas turbine expander unit for compressor stations of gas-main pipelines
RU2557834C2 (en) * 2013-12-10 2015-07-27 Общество с ограниченной ответственностью "Газпром трансгаз Самара" Gas turbine expansion power plant of gas-distributing station
RU2549004C1 (en) * 2013-12-24 2015-04-20 Общество с ограниченной ответственностью "Газпром трансгаз Самара" Regenerative gas-turbine expansion unit
RU2576556C2 (en) * 2014-07-15 2016-03-10 Общество с ограниченной ответственностью "Газпром трансгаз Самара" Compressor station of main gas line with gas turbine expander power plant

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2712339C1 (en) * 2018-09-20 2020-01-28 Общество с ограниченной ответственностью "Газпром трансгаз Самара" Combined power gas turbine expander unit of main line gas pipeline compressor station
RU2791066C1 (en) * 2022-01-12 2023-03-02 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Самарский государственный технический университет" Method for operation of the power gas turbine expander installation of the heat power plant
RU2797836C1 (en) * 2022-04-13 2023-06-08 федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королева" Method for power supply and operation of combined electrical and hydrolysis units and device for its implementation
RU2807373C1 (en) * 2022-11-18 2023-11-14 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Самарский государственный технический университет" Method of operation of regenerative gas turbine expander power unit of combined heat and power plant and device for its implementation

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8505309B2 (en) Systems and methods for improving the efficiency of a combined cycle power plant
JP5476003B2 (en) Apparatus and method for start-up of a power plant
US8881528B2 (en) System for the generation of mechanical and/or electrical energy
RU2570296C1 (en) Regenerative gas turbine expander unit for compressor station
CN109296413B (en) Bypass secondary reheating power generation device and method cooled by deep seawater
RU2656769C1 (en) Thermal power plant gas turboexpander power unit operation method
US9404395B2 (en) Selective pressure kettle boiler for rotor air cooling applications
CN103620188B (en) The method in power plant and operation power plant
RU2541080C1 (en) Auxiliary power gas turbine expander unit for compressor stations of gas-main pipelines
RU2409746C2 (en) Steam-gas plant with steam turbine drive of compressor and regenerative gas turbine
RU2549004C1 (en) Regenerative gas-turbine expansion unit
CN104594964B (en) A kind of novel single shaft gas theory thermal power plant unit system
RU2557834C2 (en) Gas turbine expansion power plant of gas-distributing station
RU2650238C1 (en) Gas distribution station power plant or the gas control unit operation method
JPH11270347A (en) Gas turbine combined power generation device using LNG
RU2740670C1 (en) Method of operation of steam-gas plant of power plant
RU2599082C1 (en) Gas turbine expander power plant of compressor station of main gas line
RU126373U1 (en) STEAM GAS INSTALLATION
RU2807373C1 (en) Method of operation of regenerative gas turbine expander power unit of combined heat and power plant and device for its implementation
RU2699445C1 (en) Gas turbine expander power plant of thermal power plant
KR20190069994A (en) Power plant sysyem combined with gas turbine
RU176799U1 (en) GAS DISTRIBUTION STATION WITH A DETANDER-COMPRESSOR GAS TURBINE POWER INSTALLATION
RU2700320C2 (en) Thermal vapor installation with a steam turbine drive of a compressor
JP2009180101A (en) Decompression equipment with energy recovery function
RU2795803C1 (en) Compressor station of the main gas pipeline with a gas turbo expander unit

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20190414

NF4A Reinstatement of patent

Effective date: 20210618