Газотурбінна установка для роботи на низькокалорійному паливі

Корисна модель відноситься до газотурбінних енергетичних установок і може бути використана для виробництва електроенергії на підприємствах металургійного комплексу, на яких, в ході те хнологічного процесу, створюється низькокалорійне паливо - доменний, коксовий та подібні їм гази. Відома газотурбінна установка газоперекачуючого агрегату призначена для приводу нагнітача, що має в своєму складі газогенератор, камеру згоряння, силову турбіну, систему управління, системи забезпечення, в якій конструкція компресору газогенератора дозволяє відбирати повітря з проміжних ступенів на потреби газотурбінної установки - охолодження турбіни, протиобльодовуючий пристрій та інше, а в якості палива використовується природний газ [М. Соколовский, В. Мельничук, Г. Кислицин и др. Агрегат ГПА-16 "Урал" Газотурбинные технологии №6, 2001г, стр.12-15]. Використання природного газу як палива для відомої установки не дозволяє створити надлишок повітря, і з компресору відбирається частина повітря енергетичного цикла, що збільшує втрати та знижуює корисну потужність установки. Відома також газотурбінна установка працююча на природному газі, призначена для подачі стисненого повітря в технологію виробництва слабої азотної кислоти яка складається з блоку турбокомпресора, системи масло-забезпечення та системи автоматичного управління. Особливістю установки являється наявність компресору підвищеної продуктивності з можливістю відбору стисненого повітря на технологічні потреби, яке після технології повертається у вигляді хвостови х газів, а останні використовуються як робоче тіло, створюючи потужність установки. [В. Кайль Новая газотурбинная установка - Еврохим, №8, 2005г.]. Але додатковий об'єм стисненого повітря забезпечується конструкцією компресора на привід якого потрібна вся корисна потужність установки, а не створюється за рахунок використання в якості палива природного газу. Це не дозволяє отримувати потужність і для механічного приводу, наприклад турбогенератора, що знижує ефективність використання установки. Найбільш близькою до пропонованої корисної моделі по сукупності ознак є газотурбінна установка, працююча на доменному газі, призначена для виробництва електроенергії до складу якої входять газотурбінний двигун, парова турбіна, компресор паливного газу, редуктор, турбогенератор, парогенератор-утилізатор тепла, пристрій очищення доменного газу та системи забезпечення. Газотурбінний двигун, компресор паливного газу, парова турбіна, турбогенератор з'єднані послідовно в кінематичний ланцюг, приводами в якому слугують газотурбінний двигун та парова турбіна. Для узгодження швидкостей обертання між компресором паливного газу і паровою турбіною встановлений редуктор. Під час запуску установки в парову турбіну подається пусковий пар і вона розкручує газотурбінний двигун. Далі, з наростанням обертів, доменний газ стискається компресором паливного газу і підводиться до газотурбінного двигуна. Останній вступає в роботу і починає виробляти механічну та теплову енергію, а подача пускового пара припиняється. Теплова енергія відпрацьованих газів двигуна використовується парогенераторомутилізатором на отримання пару для парової турбіни, яка створює потужність на валу. Частина потужності парової турбіни і газотурбінного двигуна витрачається на привід компресора паливного газу, а залишок використовується на привід турбогенератора [Combined Cycle Power Plant. Проспект фирмы Kawasaki Heavy Industries, Ltd. Япония, сентябрь 1998г]. Недоліком відомої газотурбінної установки є недостатня її е фективність тому, що на привід компресора паливного газу витрачається частина отримуваної потужності. Задачею корисної моделі є підвищення ефективності газотурбінної установки з метою збільшення потужності при виробництві електроенергії. Поставлена мета досягається тим, що в газотурбінній установці для роботи на низькокалорійному паливі, яка має газотурбінний двигун, агрегат пускового газу, компресор паливного газу, турбогенератор згідно корисної моделі компресор паливного газу виконаний з окремим приводом від безкомпресорної газової турбіни, робота останньої забезпечується відбором надлишку стиснутого повітря з компресора газотурбінного двигуна, надлишок повітря створюється при роботі камери згоряння газотурбінного двигуна на низькокалорійному паливі. Підвищення ефективності досягається шляхом отримання додаткової потужності на привід компресора паливного газу в безкомпресорній газовій турбіні для роботи якої використовується надлишок стисненого повітря з компресора газотурбінного двигуна, що створюється заміщенням в камері згоряння частини повітря робочого тіла, продуктами горіння низькокалорійного палива. Надлишок повітря створюється внаслідок того, що для отримання в камері згоряння від низькокалорійного палива такої ж температури, як і від висококалорійного і збереження потужності потрібно збільшити вагову витрату низькокалорійного палива. Наприклад, при заміні природного газу на доменний газ це співвідношення становить близько 1:17,75. Отримувана додаткова потужність на привід компресора паливного газу дозволяє використовувати всю потужність газотурбінного двигуна установки на виробництво електроенергії. Суть корисної моделі пояснюється кресленням Фіг., де зображена пропонована конструктивна схема установки. Газотурбінна установка для роботи на низькокалорійному паливі містить газотурбінний двигун 1, що включає компресор 1.1, камеру згоряння 1.2, турбіну 1.3, безкомпресорну газову турбіну 2 до якої входять камера згоряння 2.1, безкомпресорна турбіна 2.2, регулятор 2.3, компресор паливного газу 3 зі зворотним клапаном 3.1, агрегат пускового газу 4, який складається з компресора пускового газу 4.1, мультиплікатора 4.2, електродвигуна 4.3, зворотного клапана 4.4, турбогенератор 5, регулятори 6, 7, 8. Зворотні клапани 3.1, 4.4 захищають від зворотних потоків газу компресор паливного газу 3 і агрегат пускового газу 4 відповідно. Регулятори 6, 7 регулюють подачу газу на агрегат пускового газу 4 та компресор паливного газу 3 в залежності від режиму роботи установки. Регулятори 2.3, 8 забезпечують задане співвідношення між об'ємами газу та повітря, які підводяться в камеру згоряння 2.1 безкомпресорної газової турбіни 2. Газотурбінна установка працює наступним чином. Низькокалорійне паливо з низьким тиском, наприклад доменний газ, через регулятор 6 подається в агрегат пускового газу 4, стискається в ньому і підводиться в камеру згоряння 1.2 газотурбінного двигуна 1. Відбувається запуск і газотурбінний двигун 1 виходить на режим холостого ходу. Зі збільшенням подачі газу регулятором 6 газотурбінний двигун 1 починає працювати в робочому режимі з номінальною потужністю. В компресорі 1.1 створюється надлишок стисненого повітря яке через регулятор 2.3 відбирається в камеру згоряння 2.1 безкомпресорної газової турбіни 2. В камеру згоряння 2.1 через регулятор 8 подається також частина газу, продукти згоряння якого разом з повітрям створюють робоче тіло для без компресорної турбіни 2.2. Безкомпресорна газова турбіна 2 запускається і починає розкручувати компресор паливного газу 3. Коли оберти досягнуть номінальних, починає роботу регулятор 7, і газ потрапляє до компресору паливного газу 3. З ростом навантаження і збільшенням тиску за компресором паливного газу 3, регулятор 6, закриваючись, припиняє подачу газу через агрегат пускового газу 4. Останній відключається і забезпечення газом газотурбінного двигуна 1 та безкомпресорної газової турбіни 2 відбувається компресором паливного газу 3. Використання надлишку повітря, відбираємого з компресора газотурбінного двигуна для роботи безкомпресорної газової турбіни, дозволяє отримати додаткову потужність на привід компресора паливного газу без витрат потужності газотурбінного двигуна, що збільшує е фективність установки при виробництві електроенергії. Перехід з висококалорійного палива (наприклад, природного газу), на низькокалорійне, не вимагає зміни проточної частини газотурбінного двигуна, оскільки параметри робочого тіла (витрати, тиск, температура) зберігаються незмінні. Потрібно тільки створити камеру згоряння для спалювання низькокалорійного газу і виконати компресор з можливістю відбору надлишку повітря. Це дозволяє застосовувати в установці серійний газотурбінний двигун в якому, як паливо, використовується природний газ. Установка, що заявляється, може бути виготовлена в умовах серійного виробництва з використанням наявного уста ткування і технологічного циклу.