ТЕПЛОФИКАЦИОННАЯ ГАЗОТУРБИННАЯ УСТАНОВКА
COGENERATION GAS-TURBINE PLANT

Теплофикационная газотурбинная установка относится к области теплоэнергетики и может быть применена на промышленных ТЭЦ.
Известна парогазовая установка (Патент РФ №2409746, МПК F01K 21/04, опубл. 20.01.2011), которая содержит паровую турбину, компрессор, камеру сгорания, газовую турбину, котел-утилизатор с пароперегревателем, испарителем, газоводяным подогревателем питательной воды, газопровод, электрогенератор, конденсатор, паропровод острого пара, трубопровод питательной воды, пароперегреватель котла-утилизатора связан паропроводом острого пара с входом паровой турбины, конденсатор трубопроводом питательной воды соединен с входом газоводяного подогревателя питательной воды. При этом количество вырабатываемого пара зависит от температуры газов на выходе из газовой турбины, которая определяется температурой наружного воздуха, поступающего в компрессор и уровнем электрической нагрузки.
Недостатком описанной установки является то, что рассматриваемая установка предназначена для производства только электрической энергии.
Наиболее близким к заявляемому изобретению является теплофикационная газотурбинная установка с паровым котлом-утилизатором, вырабатывающим пар за счет охлаждения продуктов сгорания, выходящих из газовой турбины, направляемый тепловому потребителю (Цанев С.В., Буров В.Д., Ремезов А.Н. Газотурбинные и парогазовые установки тепловых электростанций. М.: Издательство МЭИ, 2002, стр.434). Теплофикационная газотурбинная установка содержит компрессор, соединенный с камерой сгорания, продукты сгорания из которой подают на вход газовой турбины. К выходу газовой турбины подключен паровой котел-утилизатор, вырабатывающий пар для теплового потребителя и обеспечения собственных нужд энергоустановки. Вход котла-утилизатора по пароводяному тракту соединен питательным насосом. Привод компрессора газотурбинной установки осуществляется от газовой турбины.
Недостатком описанной теплофикационной газотурбинной установки является снижение тепловой экономичности при переменных тепловых и электрических нагрузках. При уменьшении тепловой нагрузки потребителя и необходимости выработки требуемого количества электрической энергии часть продуктов сгорания после газовой турбины перепускают помимо котла-утилизатора, что снижает коэффициент полезного использования энергии топлива. Если возможно снижение одновременно тепловой и электрической мощности, в этом случае резко уменьшается электрический КПД установки.
Задачей и техническим результатом изобретения является повышение тепловой эффективности теплофикационной газотурбинной установки. Поставленная задача достигается тем, что компрессор ГТУ соединен последовательно с камерой сгорания и газовой турбиной, выход которой подключен к паровому котлу-утилизатору, соединенному по пару с тепловым потребителем и входом паровой турбины, выход паровой турбины подключен к конденсатору. Вход котла-утилизатора по пароводяному тракту подключен к питательному насосу, соединенному с конденсатором и трубопроводом возвращаемого конденсата от потребителя. При снижении тепловой нагрузки потребителя избыточный пар котла-утилизатора подают в паровую турбину, вал которой соединяется с валом компрессора с помощью эластичной гидромуфты. Вырабатываемая мощность паровой турбины расходуется на привод компрессора, уменьшая затрачиваемую мощность от газовой турбины, что приводит к увеличению электрической мощности ГТУ и КПД по выработке электроэнергии. В случае необходимости увеличения количества отпускаемой теплоты потребителю на входе в котел-утилизатор продуктов сгорания установлена камера дожигания топлива.
Изобретение поясняется чертежом (фиг.1), где изображена тепловая схема теплофикационной газотурбинной установки.
Теплофикационная ГТУ содержит компрессор 1, соединенный последовательно с камерой сгорания 2, газовой турбиной 3, электрогенератором 4, паровым котлом-утилизатором 5, тепловым потребителем 6. Вход пароводяного тракта котла-утилизатора 5 соединен с питательным насосом 7. Выход пара котла-утилизатора паропроводом 11 через задвижку 13 подключен к входу паровой турбины 8, выход которой соединен с конденсатором 9. Соединение вала паровой турбины 8 с валом компрессора 1 осуществляется с помощью эластичной гидромуфты 10. На потоке газов между выхлопом газовой турбины и входом в котел-утилизатор установлена камера дожигания топлива 12, с помощью которой обеспечивается требуемая тепловая нагрузка потребителя при изменении электрической нагрузки газотурбинной установки.
Теплофикационная газотурбинная установка работает следующим образом. В период максимальных тепловых нагрузок воздух из атмосферы сжимается в компрессоре 1 и поступает в камеру сгорания 2, куда подают топливо. Из камеры сгорания газ направляется в газовую турбину 3, где совершается полезная работа, затем поступает в котел-утилизатор 5 с камерой дожигания 12. Теплота, отводимая от газа в котле-утилизаторе, используется для выработки пара, направляемого тепловому потребителю 6. Возвращаемый от потребителя конденсат питательным насосом 7 подается в котел-утилизатор. При увеличении тепловой нагрузки потребителя может быть включена камера дожигания путем подачи в нее топлива. В случае уменьшения тепловой нагрузки потребителя 6 избыточный пар котла-утилизатора 5 по паропроводу 11 и задвижку 13 подают на вход паровой турбины 8, вал которой с помощью эластичной гидромуфты 10 соединяется с валом компрессора 1. Выработка механической мощности паровой турбиной уменьшает мощность, затрачиваемую на привод компрессора от газовой турбины, что приводит к увеличению полезной электрической мощности ГТУ и КПД по выработке электроэнергии.