способ эксплуатации отопительной системы здания и газотурбинная отопительная система здания

Формула изобретения

1. Способ эксплуатации имеющей контур отопления отопительной системы здания при осуществлении комбинированного силового/теплового процесса, причем отопительная система здания имеет максимальную отопительную нагрузку, причем одновременно часть используемой энергии преобразуется в электрическую энергию, и процесс проводится с помощью многоступенчатой газотурбинной установки, и причем, кроме того, посредством выходящего расширенного газового потока в контур отопления при охлаждении этого газового потока подается тепло, отличающийся тем, что в зависимости от отопительной нагрузки отопительной системы здания осуществляют более высокое сжатие выходящего из компрессора имеющей также генератор и преобразователь частоты первой ступени газотурбинной установки газового потока посредством компрессора второй ступени газотурбинной установки, которая имеет одну турбину и один компрессор, причем выходящий из первой ступени газотурбинной установки газовый поток охлаждают и затем подают в компрессор второй ступени газотурбинной установки, а оттуда - в камеру сгорания, расположенную после компрессора второй ступени, причем тепло в контур отопления передают посредством передающего водяного контура, причем после первого компрессора предусмотрен первый газоводяной теплообменник (10) и от передающего водяного контура (11) тепло через водо-водяной теплообменник (30) передают в контур (12) отопления, причем вода передающего водяного контура (11) проходит через второй газоводяной теплообменник (19), в котором она направляется в теплообмене с выходящим из турбины (4) первой ступени газовым потоком, и далее проходит через теплообменник (21) отходящих газов.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что охлаждение газового потока между первой и второй ступенью газотурбинной установки осуществляют посредством первой передачи теплоты в контур отопления.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что процесс в газотурбинной установке проводят в качестве открытого процесса.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что газовый поток, при необходимости, после прохода через вторую ступень подогревают в рекуператоре.

5. Способ по п.4, отличающийся тем, что газовый поток в рекуператоре подогревают газовым потоком, выходящим из первой ступени после расширения.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что газовый поток, выходящий после расширения из первой ступени, охлаждают посредством второй передачи теплоты в контур отопления.

7. Способ по п.6, отличающийся тем, что вторую передачу теплоты от газового потока в контур отопления осуществляют после того, как газовый поток прошел через рекуператор.

8. Способ по п.1, отличающийся тем, что преобразование в электрическую энергию производят посредством приводимого в действие от первой ступени газотурбинной установки генератора.

9. Газотурбинная отопительная система здания с газовым потоком и контуром (12) отопления, с многоступенчатой газотурбинной установкой, генератором (5) и служащим для отделения тепла в контур (12) отопления газоводяным теплообменником (10), отличающаяся тем, что после компрессора второй ступени (2) газотурбинной установки, которая имеет одну турбину (6) и один компрессор (7), расположена камера сгорания, причем на валу первой ступени газотурбинной установки расположен генератор, причем для передачи тепла в контур отопления предусмотрен передающий водяной контур, для чего перед первым компрессором предусмотрен газоводяной теплообменник и далее в передающем водяном контуре для передачи в контур отопления предусмотрены водо-водяной теплообменник (30), второй газоводяной теплообменник (19) и теплообменник (21) отходящих газов.

10. Система по п.9, отличающаяся тем, что относительно второй ступени (2) газотурбинной установки в отношении компрессора (6) и/или турбины (7) предусмотрен деактивирующий и/или регулирующий агрегат.

11. Система по п.9, отличающаяся тем, что вторая ступень (2) газотурбинной установки выполнена с возможностью выборочного подключения.

12. Система по любому из пп.9-11, отличающаяся тем, что предусмотрен рекуператор (13) и что рекуператор (13) при подключенной второй ступени (2) предусмотрен в газовом потоке после второго компрессора (6).

13. Система по п.12, отличающаяся тем, что газовый поток после рекуператора (13) проходит еще через второй газоводяной теплообменник (19) и/или рассчитанный в качестве теплообменника (21) отходящих газов теплообменник.

14. Система по п.13, отличающаяся тем, что газовый поток после рекуператора (13) проходит через глушитель (20).

15. Система по п.14, отличающаяся тем, что глушитель (20) расположен после второго газоводяного теплообменника (21).

16. Система по п.9, отличающаяся тем, что предусмотрен центральный регулятор (36), который для целей регулирования может воздействовать на преобразователь (25) частоты, включенный между генератором (5) и общей сетью (24), и/или на газовый компрессор, и/или масляный насос (26), и/или циркуляционный насос (32), и/или на деактивирующий и/или регулирующий агрегат.

17. Система по п.9, отличающаяся тем, что первая и/или вторая ступень (1, 2) газотурбинной установки и/или генератор (5) установлены на подшипниках скольжения.

18. Система по п.17, отличающаяся тем, что предусмотрена центральная система снабжения маслом для подшипников скольжения.

Описание изобретения к патенту

Изобретение касается способа эксплуатации, имеющей контур отопления отопительной системы здания при осуществлении комбинированного силового/теплового процесса для обеспечения тепла, причем отопительная система здания имеет максимальную отопительную нагрузку, причем одновременно часть используемой энергии преобразуется в электрическую энергию, процесс проводится с помощью многоступенчатой газотурбинной установки, и, более того, посредством выходящего расширенного газового потока в контур отопления при охлаждении этого газового потока подается тепло.

Подобный способ известен, например, из DE 19613802 А1. Этот известный процесс, который используется в отопительной системе помещений и системе электроснабжения зданий, рассчитан на независимость от внешнего подвода тока. По меньшей мере, электрическая энергия, требуемая для работы системы, должна предоставляться собственно отопительной системой помещения или дома. Однако такое планирование (расчет) известного силового/теплового процесса, который также может быть проведен посредством нескольких, имеющих по одному генератору, газотурбинных установок, при необходимости - с многоступенчатой схемой, связано с недостаточной экономичностью. Расчет с учетом независимости от подвода тока требует наличия дорогостоящего накопителя электроэнергии. Однако имеются такие времена отопительного периода, в которых указанный способ должен осуществляться только для получения электроэнергии, которая в таком случае может предпочтительнее всего получаться из сети. Это принимается во внимание обычно для жилых зданий, которые включены в одну сеть электроснабжения. Даже при использовании двух газотурбинных установок имеет место плохая регулируемость, так как всегда имеется влияние со стороны тока.

Исходя из описанного уровня техники, изобретение решает задачу представления способа и устройства для эксплуатации комбинированного силового/теплового процесса отопительной системы здания, содержащей контур отопления, причем обеспечена максимально высокая экономичность.

Эта задача относительно способа решена с помощью пункта 1 формулы изобретения, причем предложено, что в зависимости от отопительной нагрузки отопительной системы здания более высокое сжатие выходящего из первой ступени, которая рассчитана только на часть максимальной отопительной нагрузки отопительной системы здания, газового потока осуществляется посредством второй ступени газовой турбины, состоящей только из одной турбины и одного компрессора.

В соответствии с изобретением способ рассчитан преимущественно на полное покрытие отопительной нагрузки (потребности в теплоте) отопительной системы здания и при необходимости для покрытия отопительной нагрузки для подогрева питьевой воды. Выработка электроэнергии является лишь побочным продуктом, производимым при этом. В остальном дополнительное обеспечение электроэнергией производится благодаря обычно имеющемуся подсоединению к электросети местного или регионального поставщика электроэнергии. Благодаря тому, что предусмотрена многоступенчатая газотурбинная система с соответственно турбиной и компрессором, может оптимально использоваться топливо, в частности, в то время, когда отопительная нагрузка отопительной системы больше, чем количество теплоты, которое может быть предоставлено первой ступенью газовой турбины. Так как вторая ступень газовой турбины состоит только из одной турбины и одного компрессора, она, если подключена, сравнительно просто регулируется и подстраивается в отношении актуальной отопительной нагрузки. В замкнутом процессе может вводиться высокая разность температуры и давления. С другой стороны, в течение относительно большого времени отопительного периода посредством первой ступени газовой турбины может быть выработана дополнительная электроэнергия, которая к тому же может производиться с менее значительными затратами, чем они имеют место в случае обычной электросети. Возможно также отдавать излишек энергии в общую электросеть.

Подключаемая вторая ступень газовой турбины рассчитана только на пиковую нагрузку. Это позволяет рассчитывать относительно малой вторую ступень газовой турбины, а именно турбину и компрессор. Это позволяет в дальнейшем, как будет показано ниже, использовать стандартные узлы. Особенно предпочтительно использовать для второй ступени газотурбинной установки имеющиеся в автомобильной технике компоненты, а именно известные работающие на отработавших газах турбонагнетатели. Практически, возможно также применить в сборе узел из турбины и компрессора с регулятором давления наддува или переменной геометрией турбины, о чем будет подробно сказано позже.

В качестве топлива может быть использовано, преимущественно, топливо из системы обеспечения здания, то есть, в частности, природный газ или нефть.

Данная установка и данный способ предпочтительны для применения в зданиях от малой до средней величины. То есть в домах на несколько семей, имеющих от шести до двадцати жилых помещений.

Перечисленные далее признаки других пунктов поясняются относительно главной идеи, но могут при необходимости иметь значение в своей независимой формулировке.

Предпочтительно, что газовый поток, выходящий из компрессора первой ступени газовой турбины, тогда, когда должен подвергаться дополнительному сжатию в компрессоре второй ступени, перед этим охлаждается. Это позволяет начать второе сжатие при относительно низкой температуре, что приведет к снижению затрачиваемой удельной работы сжатия при втором сжатии. Далее расширение газового потока в турбине может осуществляться при оптимально высоком уровне давления. Соответственно охлаждение сжатого газового потока, выходящего из компрессора первой ступени газовой турбины, производится перед входом в компрессор второй ступени газовой турбины.

Перед входом газового потока в камеру сгорания предпочтительно предусмотрен подогрев посредством рекуператора. Рекуператор предусмотрен в случае включенной второй ступени газовой турбины после дополнительного сжатия газового потока посредством второго компрессора. Речь идет о газо-газовом теплообменнике, причем сжатый таким образом газовый поток направляется в теплообмен против выходящего из турбины первой ступени газовой турбины и соответственно расширенного газового потока. Благодаря этому желательным образом снижается температура потока воздуха (газа), выходящего из турбины первой ступени газовой турбины, газового потока так, что к отбору теплоты из этого расширенного газового потока в контур отопления получается температурный уровень, который обходится сравнительно менее дорогостоящими теплообменниками .

Перед турбиной второй или, соответственно, если она неактивна, первой ступени газовой турбины в контуре процесса предусмотрена камера сгорания. С одной стороны, через нее пропускается сжатый выходящий из первого и/или второго компрессора газовый поток, а с другой стороны, в нее соответственно подается топливо, и имеет место повышающее температуру сгорание. В случае, если в качестве топлива применяется природный газ, предусматривается газовый компрессор для природного газа в виде отдельного агрегата. Жидкое топливо должно впрыскиваться в камеру сгорания под соответствующим давлением.

Комбинированный силовой/тепловой процесс проводится в целом как открытый процесс. Выходящий из турбины первой ступени газовой турбины газовый поток, в конце концов, направляется обычным способом через отводную трубу в атмосферу. В целом газовый поток в ходе процесса многократно отдает через теплообменники, преимущественно, тепло в контур отопления, а при необходимости и в систему подогрева питьевой воды, предпочтительно через промежуточный специальный внутренний передающий водяной контур, служащий, преимущественно, для передачи тепла и разделения контура газовой турбины и контура отопления. Это осуществляется, прежде всего, как уже было описано, через газо-водяной теплообменник, предусмотренный после первого компрессора, а затем через второй газо-водяной теплообменник, через который проходит выходящий из турбины первой газовой турбины расширенный газовый поток после прохождения рекуператора. Кроме того, предусмотрен, преимущественно, еще один расположенный после этого теплообменник отходящих газов, в котором газовый поток охлаждается ниже температуры конденсации.

Принципиально, второй газо-водяной теплообменник и теплообменник отходящих газов могут быть выполнены также интегрированно. Но все-таки предпочтительнее делать их как отдельные агрегаты с расположенным после них глушителем, чтобы уменьшить шум от газового потока при выходе в атмосферу.

Предметом изобретения является также газотурбинная отопительная система здания с газовым потоком и передающим отопительным контуром, а также с многоступенчато рассчитанной газотурбинной системой, генератором и водо-водяным теплообменником, служащим для отделения тепла в контур отопления и контур подогрева питьевой воды.

Подобная газотурбинная отопительная система здания известна из уже приведенного DE 19613802 A1.

В этом отношении также стоит задача создания газотурбинной отопительной системы здания, которая позволяет максимально экономичное использование применяемого топлива для полного удовлетворения потребности в отопительной нагрузке отопительной системы здания при этом дополнительном преобразовании получаемой энергии в электрическую энергию.

Эта задача решена с помощью предмета пункта 11 формулы изобретения тем, что вторая ступень газовой турбины, состоящая только из одной турбины и одного компрессора, может подключаться в зависимости от потребности в тепловой нагрузке отопительной системы здания для достижения более высокого значения давления в замкнутом процессе, причем вторая ступень газовой турбины может обходиться по обводной линии (перепускной клапан) или, соответственно, деактивироваться.

Также согласно изобретению вторая ступень предусмотрена с возможностью включения исключительно для покрытия пиковых нагрузок, а базовая нагрузка, касающаяся потребности в тепловой нагрузке отопительной системы здания, может быть реализована первой ступенью газовой турбины, причем также одновременно и, соответственно, в течение относительно долгого времени отопительного периода таких зданий дополнительно осуществляется преобразование в электроэнергию. Эта электрическая энергия наряду с собственным обеспечением самой газотурбинной отопительной системы здания и с обеспечением потребности данного здания во время отопительного периода при необходимости также служит для подпитки местной электросети.

В целом важно, что эта система оптимально рассчитана на удовлетворение потребностей здания в тепловой нагрузке при наиболее рациональном использовании применяемого топлива. Благодаря тому, что вторая ступень газовой турбины рассчитана значительно меньших размеров по сравнению с первой ступенью и имеется некоторый диапазон при расчете обеих ступеней газовой турбины, вторая ступень может быть в любом случае предпочтительно выполнена из стандартных узлов, как, например, автомобильный турбокомпрессор.

Признаки других пунктов формулы изобретения описаны ниже во взаимодействии с описанной выше главной концепцией газотурбинной отопительной системы здания, но могут при необходимости также иметь значение в независимой формулировке.

Предпочтительно, что предусмотрен выполненный как газо-газовый теплообменник рекуператор, с помощью которого выходящий из первой ступени газовой турбины расширенный газовый поток может охлаждаться в теплообмене для подогрева выходящего из второго компрессора газового потока. Расширенный газовый поток перед первым отбором тепла, при необходимости за счет передающего водяного контура, переходит на более низкий температурный уровень.

Этот последний теплообмен проводится соответственно в газо-водяном теплообменнике. При этом такой теплообменник может быть рассчитан так, что будет преодолена температура конденсации газового потока, т.е. что будет также совместно использовано скрытое тепло газового потока соответственно теплообменнику отходящих газов. Но предпочтительно, что другой теплообменник отходящих газов расположен ниже по потоку.

После рекуператора сжатый, при необходимости вдвое, газовый поток проходит через камеру сгорания, которая, принимая во внимание значение давления в ней (например, от 4 до 5 бар), называется камерой сгорания среднего давления. В камеру сгорания подводится, при необходимости при применении газа, в частности природного газа, с помощью газового компрессора топливо и сжигается. Таким образом образуется соответственно высокосжатый и поддерживаемый при постоянной высокой температуре газовый поток, который направляется далее в турбину второй ступени газовой турбины или, соответственно, если она обойдена, в турбину первой ступени газотурбинного блока и там соответственно расширяется.

Как следует из вышеизложенного, на валу первой ступени газовой турбины расположены не только первая турбина и первый компрессор, но и генератор для получения электрического тока, в то время как на валу второй ступени газовой турбины расположены только второй компрессор и вторая турбина. Далее, предпочтительно предусмотрен центральный регулятор, который управляет как включенным между генератором и общей электросетью преобразователем частоты, так и газовым компрессором (или при необходимости масляным насосом) и нагревательным циркуляционным насосом передающего водяного контура.

С точки зрения подшипниковой техники предпочтительно, чтобы валы первой и/или второй ступени газовой турбины и/или генератора опирались на подшипники скольжения, которые будут обеспечиваться маслом предпочтительно через центральное масляное снабжение посредством одного масляного насоса. Для одного или двух из названных валов или, соответственно, также генератора могут быть предусмотрены подшипники качения.

Далее изобретение поясняется посредством прилагаемых чертежей, которые однако представляют лишь один пример осуществления.

Фиг.1 - блок-схема газотурбинной отопительной системы здания;

фиг.2 - соответствующая Т-/S-диаграмма.

Представлена и описана, прежде всего со ссылкой на фиг.1, принципиальная блок-схема газотурбинной отопительной системы здания, причем многоступенчатая газотурбинная система образует ее главную часть. Газотурбинная система служит для получения тепла (в итоге: тепла для отопления и тепла для подогрева питьевой воды), а также для получения силы (энергии). Последняя тратится на привод компрессора и генератора. Таким образом, речь идет о комбинированной силовой/тепловой установке и, соответственно, об осуществлении комбинированного силового/теплового процесса.

Эта газотурбинная отопительная система здания используется только во время периода отопления здания. Вне отопительного периода здания снабжение электроэнергией производится из обычной электросети, которая предусмотрена параллельно. Кроме того, как правило, во время отопительного периода не использованная для собственных нужд электроэнергия отдается в сеть. Конечно, при необходимости и в это время электроэнергия может (дополнительно) потребляться из сети.

Здесь можно видеть первую ступень 1 газовой турбины и вторую ступень 2 газовой турбины.

В то время как первая ступень 1 газовой турбины состоит из первого компрессора 3, первой турбины 4 и расположенного на том же валу 28 генератора 5, вторая ступень 2 газовой турбины состоит из второго компрессора 6 и второй турбины 7. Первый компрессор 3 засасывает окружающий воздух 9 через воздушный фильтр 8.

После первого компрессора 3 (т.е. ниже по потоку) предусмотрен первый газо-водяной теплообменник 10, в котором выходящий из первого компрессора 3 и, соответственно, нагретый газовый поток направляется в теплообмене с передающим водяным контуром, обозначенным в целом позицией 11.

После этого сжатый, но охлажденный газовый поток подается в компрессор 6 второй ступени 2 газовой турбины и оттуда направляется в рекуператор 13. Рекуператор 13 является газо-газовым теплообменником, в котором охлаждается выходящий из первой турбины 4 расширенный газовый поток и в противоходе, соответственно, подогревается сжатый газовый поток из второго компрессора 6. Может быть также предусмотрено, что в случае, когда не активирована вторая ступень 2 турбины, первый газо-водяной теплообменник 10 также обводится газовым потоком посредством другой не представленной на примере осуществления байпассной (обводной) линии, чтобы не охлаждать без надобности выходящий из первого компрессора 3 газовый поток перед поступлением его в камеру сгорания 14. В качестве альтернативы может быть предусмотрено, что в передающем водяном контуре 11 циркуляционный насос 32 не активирован или настроен на низкую скорость циркуляции. Если, как предпочтительно предусмотрено, при полностью открытом перепускном клапане 29, предусмотренном для регулирования второй ступени газовой турбины, газовый поток идет через компрессор 6 (однако без выполнения номинального сжатия), то охлаждение посредством теплообменника 10 может быть желательным или необходимым по температурным соображениям.

Сжатый газовый поток направляется после рекуператора 13 в камеру 14 сгорания. Здесь посредством топлива 15, которое в этом примере осуществления является природным газом и предварительно сжимается газовым компрессором 16 (блок 36 сжатия газа) соответственно до давления газового потока, подводится энергия. В камере 14 сгорания может быть предусмотрена ступенчатая система сгорания, например, двух- или трехступенчатая система сгорания. Может быть предусмотрена одна форсунка и (подключаемая) пилотная форсунка. Также предпочтительно предусмотреть в камере 14 сгорания датчик температуры для предотвращения превышения максимально допустимой температуры на входе турбины. Датчик температуры одновременно может быть выполнен как индикатор пламени.

После камеры 14 сгорания газовый поток направляется или на вторую турбину 7 второй ступени 2, или посредством действующего как обводной канал клапана 29 практически только на первую турбину 4 первой ступени 1 газовой турбины. Как уже было упомянуто, в качестве клапана 29 предпочтительно использовать называемый как «Waste-gate» перепускной (байпассный) клапан турбокомпрессора автомобиля. В целом схема второй ступени газовой турбины предпочтительно соответствует таковой в работающем на отработавших газах турбокомпрессоре. Для активации или регулировки вплоть до деактивации может быть предусмотрен только представленный перепускной клапан 29.

Перепускной клапан 29 для регулирования второй ступени 2 газовой турбины может быть не только открытым или закрытым, но и занимать промежуточные положения. В соответствии со степенью открывания только часть воздушного потока (газовый частичный поток) протекает через вторую турбину 7. Определенное протекание небольшого частичного потока через вторую турбину 7 может быть еще обеспечено даже при полном открытии перепускного клапана 29.

Относительно первой, но предпочтительно также или только второй турбины 6 может быть предусмотрена так называемая переменная геометрия турбины. Для этого предусмотрен венец направляющих лопаток с изменяемым углом атаки. Это позволяет даже при меньшем, чем максимально рассчитанный, газовом объеме достичь максимально высокой мощности турбины.

Относительно контура 11 уже пояснялся первый ввод тепла посредством газо-водяного теплообменника 10. От водяного контура 11 тепло через водо-водяной теплообменник 30 передается преимущественно в контур 12 отопления, как показано на фиг.1. В качестве альтернативы водо-водяной теплообменник 30 может быть интегрирован в комбинированную накопительную систему. В данном случае речь идет о системе, в которой посредством водо-водяного теплообменника 30 передается как тепло в контур отопления, так и происходит теплообмен с интегрированным накопителем питьевой воды. Таким образом теплообменник 30 служит для подогрева питьевой воды и для теплообмена с контуром 12 отопления, в котором предусмотрен циркуляционный насос 18. После теплообменника 10 вода передающего водяного контура 11 проходит через второй газо-водяной теплообменник 19, в котором она направляется в теплообмене с выходящим из первой турбины 4 газовым потоком, охлажденным после прохождения рекуператора 13, на определенную величину.

После этого расширенный газовый поток проходит через последний, согласованный с передающим водяным контуром 11 газо-водяной теплообменник, выполненный как теплообменник 21 отходящих газов, чтобы потом после прохождения глушителя 20 выходить выброшенным в атмосферу в виде выхлопного газа 22. Для этого теплообменник 21 отходящих газов, если рассматривать передающий водяной контур 11, расположен ниже по потоку передающего теплообменника контура отопления водо-водяного теплообменника 30. Теплообменник 21 отходящих газов в указанном смысле расположен предпочтительно выше по потоку циркуляционного насоса 32.

Потребитель, т.е. как правило радиатор контура 12 отопления, обозначен позицией 23. Преимущественно, контур 12 отопления снабжает систему отопления пола или отопительную установку, в которой значительное количество тепла через систему отопления пола или при необходимости другое панельное отопление переводится в подлежащее обогреву помещение. Как известно, здесь может благоприятно использоваться относительно небольшой требуемый первоначальный температурный уровень такого панельного отопления.

Для преобразования частоты тока генератора 5 между электросетью 24 и генератором предусмотрен преобразователь 25 частоты с интегрированной обратной связью с сетью. Генератор 5 может быть использован известным образом также в качестве двигателя для запуска первого блока 1 газовой турбины.

В качестве вспомогательного агрегата для всей системы предусмотрен масляный насос 26, который соединен с масляным резервуаром 27. С помощью этого масляного резервуара, который встроен в соответствующий масляный контур, и масляного насоса 26 при необходимости могут подпитываться подшипники скольжения или качения, расположенные в первой 1 или во второй 2 ступени газовой турбины. В масло-водном теплообменнике 31, который снабжается из передающего водяного контура 11, от масла может отбираться тепло.

Кроме того, может быть предусмотрен центральный регулятор 36, в частности, для воздействия на циркуляционный насос 32, и/или на циркуляционный насос 18 контура отопления, и/или на преобразователь 25 частоты, и/или на газовый компрессор 16, и/или на масляный насос 26, и/или на перепускной клапан 29.

Максимальная отопительная нагрузка отопительной системы здания определяется расчетным путем на основании рекомендуемых норм для отопительной нагрузки, определенной в самый холодный день. Если не задана максимальная отопительная нагрузка отопительной системы здания, что бывает регулярно, регулирование осуществляется за счет частоты вращения второй ступени 2 газовой турбины. Также для этого служит предусмотренный после камеры 14 сгорания в байпассе к компрессору 7 перепускной клапан 29. Далее, подгонка к фактической отопительной нагрузке осуществляется за счет регулирования частоты вращения первого блока 1 газовой турбины.

Как видно, передающий водяной контур 11 через ответвления 11', 11'', 11''', 11'''', 11''''' обеспечивает снабжение (для охлаждения) корпуса первой ступени 1 газовой турбины и второй ступени 2 газовой турбины, генератора 5, преобразователя 25 частоты и масло-водяного теплообменника 33.

На участке линии между вторым компрессором 6 и рекуператором 13 может быть установлен, как показано на фиг.1, компенсатор 37 давления. Он может применяться для поддержки режима двигателя у генератора или отдельно для пуска. Предусмотрен также редукционный клапан 34, который открывает и перекрывает линию к ресиверу 35. Ресивер 35 через отдельно приводимый, не представленный здесь клапан в обход рекуператора 13 и камеры 14 сгорания может быть подключен непосредственно ко второму компрессору 7.

Обычно вторая ступень 2 газовой турбины приводится с частотой вращения вала 80000-200000 об/мин. При этом первая ступень 1 газовой турбины при подключенной второй ступени 2 имеет частоту вращения вала от примерно 70000 до 90000 об/мин, предпочтительно 80000. Она одновременно является максимальной частотой вращения вала первой ступени 1 газовой турбины. Она может также регулироваться в меньшую сторону до примерно 20000-30000 об/мин.

Максимальная (расчетная) мощность описанной системы предпочтительно находится в диапазоне от 50 до 120 кВт тепловой мощности, причем может регулироваться в меньшую сторону примерно до 20% мощности системы. Топливо при этом преобразуется в приблизительно 20-30% электроэнергии и соответственно 70-60% тепловой энергии.

Типичные потоки воздуха для названных значений мощности лежат в диапазоне от 0,15 до 0,4 кг/сек (относительно 50-120 кВт тепловой мощности).

Для отопительной системы предусмотрены типичные расчетные значения 80-85°С первичной температуры и около 45°С или меньше возвращающейся температуры.

Диаграммой T-S (диаграмма температура/энтропия) согласно фиг.2 дополнительно поясняется теплотехническая особенность этой газотурбинной отопительной системы здания.

Прежде всего описан непрерывный процесс с подсоединенной второй ступенью 2 газовой турбины:

Начиная с внешнего воздуха 9 перед первой ступенью 1 газовой турбины, процесс протекает следующим образом:

Всасываемый внешний воздух 9 имеет температуру окружающей среды, обозначенной здесь как Т₀. В компрессоре 3 происходит сжатие до давления Р₁, соответствующего температуре Т₁. При сохранении достигнутого давления Р₁ (температура Т₁) выходящий из компрессора 3 газовый поток охлаждается до температуры Т₂, отдавая соответствующее количество теплоты посредством теплообменника 10 в передающий водяной контур 11.

При подсоединенной второй ступени 2 газовой турбины в компрессоре 6 производится сжатие с давления Р₁, которому соответствует температура Т₂, до максимального давления P_max, которому соответствует температура Т₃. После прохода через рекуператор 13 газовый поток достигает температуры Т₄ , прежде чем он поступит в камеру сгорания и там при сгорании с топливом достигнет максимальной температуры T_max .

После выхода из камеры сгорания газовый поток проходит через вторую турбину 7, где происходит расширение (понижение давления) с давления P_max до давления Р_1* и охлаждение до температуры Т₅. С давлением Р _1* и температурой Т₅ газовый поток поступает в турбину 4.

При расширении в турбине 4 с давления Р_1* до Р₀, соответствующего охлаждению с Т₅ до Т₆, причем давление Р₀ , как правило, соответствует атмосферному давлению, производится механическая энергия. Эта механическая энергия приводит в действие компрессор 3 и генератор 5. Расширенный газовый поток проходит затем через рекуператор 13 и охлаждается в нем до температуры Т₇. Тепло, соответствующее разнице температур между Т₆ и Т₇, передается сжатому газовому потоку. На представленной Т-S-диаграмме это показано тем, что сжатый газовый поток при давлении P_max нагревается от Т ₃ до Т₄.

Проходя далее расширенный газовый поток охлаждается в теплообменнике 19 с температуры Т ₇ до Т₈ и в теплообменнике 21 до принятой в качестве примера температуры Т₉.

Понятно, что процесс представлен довольно идеальным. Здесь представлены лишь принципиальные процессы.

Вторая ступень 2 газовой турбины выполнена с возможностью регулирования посредством параллельно включенного второй турбине перепускного клапана 29 так, что (лишь) достигается давление ниже P_max.

Так как максимальная отопительная нагрузка такой отопительной системы здания в отопительный период не задана или задана только сингулярно, непрерывный процесс, как правило, устанавливается с максимальным давлением между P_max и Р₁ , пока подключена вторая газовая турбина. Если вторая газовая турбина не подключена, протекает только непрерывный процесс между Р₀ и Р₁, причем на входе в турбину ступени 1 газовой турбины достигается (только) температура Т₁₀ . В определенной степени первая ступень газовой турбины может также регулироваться так, что может быть достигнуто промежуточное (только) давление меньше Р₁ и больше Р₀ . Регулирование первой ступени 1 газовой турбины может осуществляться посредством генератора 5 и/или преобразователя 25 частоты в качестве тормоза.

Следует отметить, что обсуждаемый выше непрерывный (круговой) процесс является не замкнутым процессом, а открытым процессом.

Все раскрытые признаки являются сами по себе существенными для изобретения. В раскрытии заявки полностью включено также содержание относящихся/прилагаемых приоритетных материалов (копия первой заявки) с целью внесения признаков из этих материалов в формулу данной заявки.