Компрессорная установка - RU2441988C2

Описание

Изобретение относится к компрессорной установке, в частности, для сжижения газа, содержащей, по меньшей мере, одну газовую турбину, которая содержит газотурбинный компрессор, и паровую турбину, при этом согласованный с газовой турбиной парогенератор приводится в действие отработавшими газами газовой турбины, так что создаваемый в парогенераторе пар приводит в действие паровую турбину, при этом с комбинацией из газовой турбины и паровой турбины согласован, по меньшей мере, один дополнительный компрессор для сжатия технологической среды, который соединен непосредственно с газовой турбиной и/или паровой турбиной, так что обеспечивается возможность приведения в действие согласованного компрессора непосредственно газовой турбиной и/или паровой турбиной.

Известно использование газовых турбин или паровых турбин, например, для генерирования тока для электрических рабочих машин, соответственно, электродвигателей для привода компрессоров, соответственно, нагнетателей. Недостатком известного уровня техники является то, что общий коэффициент полезного действия установки ограничен возможностями отдельного процесса. При этом коэффициенты полезного действия газовых турбин составляют примерно 40%, паровых турбин примерно 45% и электрических рабочих машин (например, электродвигателей) примерно 98%. Однако в электрических рабочих машинах, соответственно, электродвигателях следует учитывать, что ток, который необходим для них, должен предоставляться из газового процесса (газовой турбины), парового процесса (паровой турбины) или с помощью комбинации обоих процессов. При этом коэффициент полезного действия для генерирования тока может составлять при современной технике максимально 60%. Кроме того, требуется сложная переключательная техника для передачи генерированного тока к электрическим рабочим машинам, соответственно, к электродвигателям. Кроме того, нельзя также пренебрегать потерями передачи в системе, которая предназначена для преобразования электрической энергии, в преобразователе частоты из одного частотного диапазона в другой диапазон. Потери передачи могут составлять, например, до 5%.

Электрические рабочие машины, соответственно, электродвигатели приводят в действие, например, компрессор, который предназначен для использования, например, в качестве компрессора установки для сжижения газа. Такая установка для сжижения газа известна, например, как установка LNG (сжиженный природный газ). При этом природный газ охлаждают примерно до -160°C. При этом газ становится жидким и его легче (за счет меньшего объема) транспортировать (обычно в специальных транспортных средствах). При этом компрессоры выполняют задачу сжатия рабочих сред, обычно рабочих газов, которые при последующем расширении могут принимать тепло. Это тепло отбирается из природного газа в так называемой «холодной коробке» установки NLC, и за счет этого природный газ охлаждается. При этом рабочая среда, соответственно, рабочий газ снова и снова сжимается и расширяется в циркуляционном контуре.

Компрессоры обычно приводятся в действие от указанного выше электродвигателя, так что здесь возникают значительные потери (передачи), поскольку подлежащий генерированию для электродвигателя ток создается либо с помощью газового процесса, либо с помощью парового процесса, и поскольку электродвигатель должен приводить в действие компрессор.

Из DE 21 02 770, US 4321 790 и WO 2005/024188 A2 известны комбинированные газо- и паротурбинные установки, которые предусмотрены также для привода компрессора. Указанные установки имеют значительные потери коэффициента полезного действия, в частности в флуктуационных режимах.

В основу изобретения положена задача улучшения компрессорной установки указанного вначале вида с целью повышения коэффициента полезного действия и одновременного уменьшения вредных выбросов.

Эта задача решена, согласно изобретению, с помощью компрессорной установки с признаками пункта 1 формулы изобретения.

Газовые турбины и паровые турбины предпочтительно используются по отдельности для непосредственного привода, по меньшей мере, одного компрессора, т.е. без промежуточного включения электрической рабочей машины, соответственно, электродвигателя. Это приводит к повышению коэффициента полезного действия, поскольку осуществляется прямая передача энергии как от газовой турбины, так и от паровой турбины к соответствующему согласованному, по меньшей мере, одному компрессору, и тем самым предотвращаются потери передачи, которые возникают при генерировании тока и привода компрессоров с помощью электрических рабочих машин, соответственно, электродвигателей. Тем самым одновременно достигается также уменьшение вредных выбросов, таких как, например, выброс СО₂, что является преимуществом с точки зрения приобретения прав на выброс. Тот, кто имеет меньше выбросов, должен покупать также меньше прав на выброс.

Это тем более предпочтительно потому, что отработавшие газы газовой турбины можно применять для отопления парогенератора, предпочтительно котла-утилизатора, который, в свою очередь, создает необходимый для паровой турбины пар. Поэтому целесообразно, согласно изобретению, комбинировать газовую турбину и паровую турбину друг с другом с образованием газопарового процесса. Естественно, с котлом-утилизатором могут быть соединены несколько газовых турбин, при этом каждая турбина целесообразно приводит непосредственно в действие также, по меньшей мере, один компрессор. Паровая турбина может иметь часть высокого давления, часть среднего давления и/или часть низкого давления, при этом предпочтительно предусматривать паровую турбину со всеми тремя указанными частями. При этом пар попадает из котла-утилизатора, например, сначала в часть высокого давления, оттуда в часть среднего давления и затем в часть низкого давления, после которой расположен, по меньшей мере, один компрессор. Естественно, что расположение компрессора за частью низкого давления не является единственным. Можно также располагать компрессор, например, между частями турбины или же на стороне высокого давления.

Для дополнительного повышения коэффициента полезного действия предпочтительно, согласно изобретению, предусматривать, по меньшей мере, для одной газовой турбины и/или паровой турбины несколько компрессоров, которые включены последовательно или параллельно, по меньшей мере, одному компрессору.

Возможно также, что после, по меньшей мере, одного компрессора включен генератор или электрическая рабочая машина, соответственно, электродвигатель с целью, например, привода других машин.

Согласно изобретению, предпочтительно, когда, по меньшей мере, один согласованный с газовой турбиной компрессор и газовая турбина имеют общий вал, так что дополнительно повышается коэффициент полезного действия. Естественно, могут быть также предусмотрены две отдельные части вала соответствующих компонентов, которые соединены друг с другом с помощью подходящих средств. Даже когда несколько компрессоров включены последовательно, может быть предусмотрен общий вал. Естественно, по меньшей мере, один согласованный с паровой турбиной компрессор и паровая турбина могут также иметь общий вал, при этом само собой разумеется, что возможны также отдельные части вала, как указывалось выше.

Соответствующий компрессор, который приводится в действие непосредственно газовой турбиной, соответственно, паровой турбиной, можно использовать, например, в качестве компрессора установки для сжижения газа, например установки LNG.

Другие предпочтительные варианты выполнения изобретения раскрыты в зависимых пунктах формулы изобретения и в приведенном ниже описании со ссылками на единственный чертеж, на котором изображено:

чертеж - принципиальная схема компрессорной установки.

На чертеже показана компрессорная установка 1, которая имеет, по меньшей мере, одну газовую турбину 2 и одну паровую турбину 3. В показанном примере выполнения в качестве примера предусмотрено три газовые турбины 2.

Отработавшие газы газовой турбины 2 отапливают парогенератор 4, который выполнен в виде котла-утилизатора. Создаваемый в парогенераторе 4 пар подается в паровую турбину 3 и приводит ее в действие.

С показанными газовыми турбинами 2 согласован стартер-вспомогательный двигатель-генератор (SHMG) 10. Стартер-вспомогательный двигатель-генератор 10 можно использовать как в качестве вспомогательного двигателя, так и генератора. Стартер в смысле изобретения следует понимать так, что двигатель, аналогично двигателю автомобиля, представляет собой стартер и обеспечивает выведение газовой турбины на скорость вращения, при которой газовая турбина в состоянии самостоятельно приводить во вращение ветвь вала.

В показанной на чертеже в качестве примера компрессорной установке 1 газовый процесс (газовая турбина 2) и паровой процесс (паровая турбина 3) скомбинированы в газопаровой процесс.

Паровая турбина 3 в показанном примере выполнения имеет часть 6 высокого давления, часть 7 среднего давления и часть 8 низкого давления.

Как, по меньшей мере, одна газовая турбина 2, так и паровая турбина 3 согласованы каждая, по меньшей мере, с одним компрессором 9. Соответствующие компрессоры 9 соединены непосредственно, по меньшей мере, с одной газовой турбиной 2 и паровой турбиной 3, при этом, по меньшей мере, один согласованный с паровой турбиной 3 компрессор 9 расположен за частью 8 низкого давления паровой турбины 3. Таким образом, согласованные, по меньшей мере, с одной газовой турбиной 2 и паровой турбиной 3 компрессоры приводятся в действие непосредственно газовой турбиной 2 и паровой турбиной 3 без промежуточного включения электрической рабочей машины, соответственно, электродвигателя, при этом, однако, газовые турбины должны быть согласованы со стартером-вспомогательным двигателем-генератором 10.

В показанном на чертеже примере выполнения не изображено, что за одним или несколькими компрессорами 9 может быть включена электрическая рабочая машина, соответственно, электродвигатель и/или генератор. Понятно, что расположение компрессора 9 в ветвях вала не ограничено показанным положением, а может изменяться.

Возможно, что согласованный с газовой турбиной 2, по меньшей мере, один компрессор 9 и, по меньшей мере, одна газовая турбина 2 имеют общий вал (линия 11). Кроме того, по меньшей мере, одна из паровых турбин 3, соответственно, согласованный с ее частью 8 низкого давления компрессор 9 и паровая турбина 3, соответственно, часть 8 низкого давления, могут иметь общий вал 12.

Соответствующий компрессор 9 может, например, сжимать рабочую среду, соответственно, рабочий газ, так что рабочая среда при последующем расширении может принимать тепло. Возможно, например, что сжатая в соответствующем компрессоре 9 рабочая среда подается в установку для сжижения газа, например в установку сжижения природного газа, с целью охлаждения природного газа.

Реферат

Изобретение относится к компрессорной установке, содержащей, по меньшей мере, одну газовую турбину (2), которая содержит газотурбинный компрессор, и паровую турбину (3), при этом согласованный с газовой турбиной (2) парогенератор (4) приводится в действие отработавшими газами газовой турбины (2), так что создаваемый в парогенераторе (4) пар приводит в действие паровую турбину (3). Обычные компрессорные установки имеют плохой коэффициент полезного действия. Для устранения этого недостатка, согласно изобретению, предусмотрено, что с комбинацией из газовой турбины (2) и паровой турбины (3) согласован, по меньшей мере, один дополнительный компрессор (9) для сжатия технологической среды, который соединен непосредственно с газовой турбиной (2) и/или паровой турбиной (3), так что обеспечивается возможность приведения в действие согласованного компрессора (9) непосредственно газовой турбиной (2) и/или паровой турбиной (3). Техническим результатом является повышение коэффициента полезного действия компрессорной установки и уменьшения вредных выбросов. 7 з.п. ф-лы, 1 ил.

Формула