способ регулирования мощности парогазотурбинной установки и парогазотурбинная установка

Формула изобретения

1. СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ МОЩНОСТИ ПАРОГАЗОТУРБИННОЙ УСТАНОВКИ И ПАРОГАЗОТУРБИННАЯ УСТАНОВКА, заключающийся в изменении расхода сжигаемого топлива и температуры газа, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона регулирования, повышения надежности и экономичности на пониженных нагрузках, дополнительно осуществляют регулирование мощности газовых турбин подводом электроэнергии к электрическим регулируемым машинам.

2. Парогазотурбинная установка, содержащая газотурбинный двигатель с компрессором, турбиной компрессора и силовой турбиной, установленный на ее выхлопе паровой котел-утилизатор, паровую турбину, соединенную по пару с выходом котла-утилизатора, редуктор, соединенный с силовой и паровой турбинами и электрогенератором, отличающаяся тем, что установка снабжена двумя дополнительными электромашинами, одна из которых механически соединена с редуктором, вторая с компрессором, а электрически они соединены между собой с образованием системы генератор-двигатель.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к энергетическим, в частности к парогазотурбинным, установкам.

Регулирование мощности парогазотурбинных установок (ПГТУ) осуществляют обычно путем изменения расхода топлива, сжигаемого в камере сгорания (КС) газотурбинного двигателя (ГТД). Если в ГТД турбина компрессора (ТК) и силовая трубина (СТ) сблокированы, а потребителем мощности ГТД и паровой турбины (ПТ) является электрогенератор с постоянной частотой вращения, уменьшение расхода топлива ведет к существенному снижению температуры газа, так как производительность компрессора на всех мощностных режимах остается практически постоянной. Снижение температуры газа ведет к уменьшению как КПД ГТД, так и производительности парового котла-утилизатора (КУ), т.е. к ухудшению экономичности ПГТУ.

Известны электрогенераторные ПГТУ с разблокированными ТК и СТ. В них при уменьшении мощности обороты ТК хотя и падают, но в меньшей степени, чем расход топлива. Поэтому, если мощность регулируют только изменением расхода топлива, то температура газа, а значит, и экономичность существенно снижаются на пониженных нагрузках и в этих ПГТУ. С целью поддержания температуры газа постоянной или в заданных пределах в некоторых ПГТУ предусматривают более сложные способы регулирования мощности, содержащие помимо изменения расхода топлива в основной камере сгорания сжигание топлива в дополнительных камерах сгорания ГТД или котла-утилизатора, поворот лопаток турбин или компрессора, подмешивание горячего газа к засасываемому воздуху, обвод части газа мимо КУ и т.п. Однако осуществление таких способов регулирования мощности усложняет ПГТУ дополнительными устройствами (газовые заслонки, газопроводы, камеры сгорания, воспламенители, механизмы поворота лопаток) и системами (топливными, пневматическими, гидравлическим и др.), а также существенно затрудяет автоматизацию управления установкой.

Наиболее близким техническим решением, принятым за прототипом, является способ регулирования мощности ПГТУ и конструкции ПГТУ, описанные в [1] Установка содержит ГТД с турбиной компрессора и независимой силовой турбиной, установленный на выхлопе силовой турбины паровой котел-утилизатор, а также паровую турбину, соединенную по пару с котлом-утилизатором. Силовая и паровая турбины подключены к входным валам редуктора, к выходному валу редуктора подключен потребитель мощности (электрогенератор). Регулирование мощности в установке осуществляют только изменением расхода топлива, поэтому недостатком как способа регулирования мощности, так и самой ПГТУ является существенное снижение экономичности на пониженных мощностях из-за уменьшения температуры газа.

Цель изобретения расширение диапазона регулирования, повышение надежности экономичности на пониженных нагрузках.

Цель достигается тем, что при переходе с одного мощностного режима на другой помимо изменения расхода топлива дополнительно осуществляют регулирование мощности турбины компрессора и силовой турбины посредством подвода к электрическим регулирующим машинам, образующим систему генератор-двигатель и механически связанным с турбиной компрессора и силовой турбиной.

Для осуществления предложенного способа регулирования мощности в ПГТУ предусмотрены дополнительно две электрические машины, одна из которых механически соединена с турбиной компрессора, вторая с редуктором (или с силовой турбиной, или с паровой). Электрически эти машины соединены между собой, образуя систему генератор-двигатель.

На чертеже представлена принципиальная схема ПГТУ, реализующей предлагаемый способ регулирования мощности.

Установка содержит газотурбинные двигатель с турбокомпрессором, включающим компрессор 1, камеру 2 сгорания и турбину 3, и со свободной силовой турбиной 4. На выхлопе силовой турбины 4 установлен паровой котел-утилизатор 5, с которым по пару соединяется паровая трубина 6. Турбины 4 и 6 подсоединены с входным валам редуктора 7, к выходному валу этого редуктора подсоединен потребитель мощности электрогенератор 8 переменного тока. В установке предусмотрены также две электрические машины 9 и 10 с обмотками 11 возбуждения. Электрически эти машины соединены между собой и образуют систему генератор-двигатель. Кинематически машина 9 подсоединена к компрессору 1, а машина 10 к редуктору 7. Для регулирования тока в обмотках 11 предусмотрен регулятор 12, снабженный размещенным в проточной части двигателя датчиком 13 температуры.

Предложенный способ регулирования мощности реализуется устройством, работа которого осуществляется следующим образом. На номинальной нагрузке генератора 8 датчик 13 фиксирует номинальную температуру газа, соответствующую номинальной подаче топлива в камеру 2 сгорания и номинальной подаче воздуха комперссором 1. В этом случае регулятор 12 не подает ток в обмотки 11 возбуждения и машины 9 и 10 вращаются вхолостую. Если нагрузка генератора 8 уменьшилась, для поддержания постоянства оборотов система управления уменьшает количество подаваемого в камеру 2 топлива. При этом, в силу известных свойств газотурбинного двигателя, обороты турбины 3 и производительность компрессора 1 уменьшатся в меньшей степени, чем подача топлива. В результате температура газа уменьшится, о чем датчик 13 подаст сигнал на регулятор 12. Последний обеспечивает подачу тока возбуждения в обмотки 11, вводя машину 9 в режим генератора, а машину 10 в режим двигателя. Часть мощности при этом будет отбираться машиной 8 от компрессора 1 и через машину 10 передаваться редуктору 7. Обороты компрессора 1 и его производительность уменьшатся при этом настолько, что температура газа станет номинальной и на уменьшенной нагрузке. Поддержание температуры газа на постоянном уровне (или в заданных пределах) обеспечивает высокий КПД газотурбинного двигателя и стабильную паропроизводительность котла 5 во всем диапазоне работы установки. При нагрузках, близких к номинальной, температура атмосферного воздуха станет существенно выше расчетной, температура газа может возрасти выше номинальной, что опасно для двигателя. В этом случае регулятор 12 изменением тока в обмотках 11 переведет машину 9 в режим двигателя, а машину 10 в режим генератора, компрессор 1 увеличит подачу воздуха и температура газа снизится до номинальной. Таким образом, предложенный способ регулирования мощности ПГТУ обеспечивает повышение не только экономичности, но и надежности.