RU43919U1

RU43919U1 - GAS TURBINE SYSTEM

Info

Publication number: RU43919U1
Application number: RU2004130690/22U
Authority: RU
Inventors: В.И. Гуров; К.Н. Шестаков; Г.К. Ведешкин; Ю.Г. Прокопенко
Priority date: 2004-10-22
Filing date: 2004-10-22
Publication date: 2005-02-10

Abstract

Газотурбинная система включает в себя камеру сгорания с установленными в ней двухкомпонентными многоствольными струйными форсунками, имеющими центральный и периферийные стволы, воздух в которые подается из источника сжатого воздуха. На выходе из камеры сгорания установлена турбина; имеется также блок управления давлением и расходом воздуха и топлива. Эта система отличается тем, что к периферийным стволам форсунок поступает углеводородное топливо, а к центральным стволам поступает газообразный водород, подводимый по магистрали с регулировочным клапаном из баллона.The gas-turbine system includes a combustion chamber with two-component multi-barrel jet nozzles installed in it having central and peripheral shafts into which air is supplied from a compressed air source. A turbine is installed at the exit of the combustion chamber; there is also a control unit for pressure and flow rate of air and fuel. This system is characterized in that hydrocarbon fuel is supplied to the peripheral shafts of the nozzles, and hydrogen gas is supplied to the central shafts, supplied via a line with a control valve from the cylinder.

Description

Предлагаемая полезная модель относится к газотурбинным системам и может быть использована для получения тепловой и электрической энергии при сжигании углеводородного топлива с высокой полнотой сгорания.The proposed utility model relates to gas turbine systems and can be used to produce thermal and electric energy when burning hydrocarbon fuels with a high degree of combustion.

В качестве аналога выбрано теплогенераторное устройство для сжигания топлива по полезной модели патент №25069 от 21.03.02, которое содержит камеру сгорания с огневым днищем, двухкомпонентные струйные форсунки, расположенные в огневом днище и связанные с источником сжатого воздуха, турбину, соединенную с выходом камеры сгорания, блок управления расходами и давлениями воздуха и топлива. Сжигание топлива в камере сгорания при повышенном давлении топливовоздушной смеси позволяет в техническом решении по аналогу расширить потребительские качества устройства за счет получения в нем (помимо тепла) электричества. Это достигается тем, что продукты сгорания топливовоздушной смеси направляются из камеры сгорания в турбину, которая генерирует мощность, передаваемую электрогенератору.The heat-generating device for burning fuel according to the utility model of patent No. 25069 dated 03/21/02, which contains a combustion chamber with a fire bottom, two-component jet nozzles located in the fire bottom and connected to a source of compressed air, a turbine connected to the output of the combustion chamber, was selected as an analogue , unit for controlling the flow and pressure of air and fuel. The combustion of fuel in the combustion chamber at elevated pressure of the air-fuel mixture allows, in a technical solution by analogy, to expand the consumer qualities of the device by generating electricity (in addition to heat) in it. This is achieved by the fact that the combustion products of the air-fuel mixture are sent from the combustion chamber to the turbine, which generates the power transmitted to the generator.

Недостатком технического решения по аналогу является повышенное содержание окислов азота в выхлопных газах, что обусловлено повышенным давлением (и температурой) топливовоздушной смеси в камере сгорания.The disadvantage of the technical solution by analogy is the increased content of nitrogen oxides in the exhaust gases, which is due to the increased pressure (and temperature) of the air-fuel mixture in the combustion chamber.

Известна газотурбинная система по полезной модели патент №37773 от 22.01.2004 г. (принятая за прототип), которая содержит камеру сгорания с огневым днищем, двухкомпонентные струйные форсунки, расположенные в огневом днище и связанные с источником сжатого воздуха, турбину, связанную с выходом камеры сгорания, блок Known gas turbine system for utility model patent No. 37773 dated January 22, 2004 (adopted as a prototype), which contains a combustion chamber with a fire bottom, two-component jet nozzles located in the fire bottom and connected to a source of compressed air, a turbine associated with the exit of the chamber combustion block

управления расходами и давлениями воздуха и топлива, причем форсунки выполнены многоствольными и к центральному стволу подведена водяная магистраль, связанная с водяной емкостью, расположенной над газотурбинной системой и соединенной в верхней своей части с источником сжатого воздуха.control the flow rates and pressures of air and fuel, and the nozzles are multi-barreled and a water line connected to a water tank located above the gas turbine system and connected in its upper part to a source of compressed air is brought to the central shaft.

Недостатком технического решения по прототипу является узкий диапазон работы по мощности из-за невозможности работы камеры сгорания с большими значениями коэффициента избытка воздуха α.The disadvantage of the technical solution of the prototype is a narrow range of power operation due to the inability of the combustion chamber to work with large values of the coefficient of excess air α.

Полезная модель ставит задачу расширения возможности работы газотурбинной системы на обедненной смеси, позволяющей существенно увеличить рабочий диапазон мощности системы, а также уменьшить уровень вредных выбросов.The utility model sets the task of expanding the ability of the gas turbine system to run on a lean mixture, which can significantly increase the operating range of the system’s power, as well as reduce the level of harmful emissions.

Техническим результатом при использовании предлагаемой полезной модели является обеспечение стабильного горения при малых значениях коэффициента избытка воздуха α.The technical result when using the proposed utility model is to ensure stable combustion at low values of the coefficient of excess air α.

Технический результат обеспечивается тем, что газотурбинная система содержит камеру сгорания, двухкомпонентные многоствольные форсунки с центральным стволом и с периферийными стволами, подающими углеводородное топливо, а также источник сжатого воздуха, турбину, установленную на выходе из камеры сгорания, блок управления расходом и давлением воздуха и топлива, при этом система имеет баллон с водородом и магистраль с регулировочным клапаном, соединяющую баллон с центральным стволом форсункиThe technical result is ensured by the fact that the gas turbine system contains a combustion chamber, two-component multi-barrel nozzles with a central barrel and with peripheral trunks supplying hydrocarbon fuel, as well as a compressed air source, a turbine installed at the outlet of the combustion chamber, an air and fuel flow and pressure control unit while the system has a cylinder with hydrogen and a line with a control valve connecting the cylinder with the Central barrel of the nozzle

На фиг.1 представлена схема газотурбинной системы, а на фиг.2 показан узел «А» фиг.1 в более крупном масштабе.Figure 1 presents a diagram of a gas turbine system, and figure 2 shows the node "A" of figure 1 on a larger scale.

Система содержит турбину 1, электрогенератор 2, камеру сгорания 3, установленную после турбины. Система также имеет источник 4 сжатого воздуха, баллон 5 с газообразным водородом и магистраль 6 газообразного водорода, проходящую от баллона к камере сгорания. Регулировочный кран 7 управления расходом водорода установлен на магистрали 6. Многоствольная форсунка 8 с центральным стволом 9 и периферийными стволами 10 связана с источником 4, с баллоном бис емкостью 11 для углеводородного топлива. Система кроме того имеет блок 12 управления расходом и давлением воздуха и топлива, а на камере сгорания 3 установлен воспламенитель 13.The system comprises a turbine 1, an electric generator 2, a combustion chamber 3, installed after the turbine. The system also has a source of compressed air 4, a cylinder 5 with gaseous hydrogen and a line 6 of gaseous hydrogen passing from the cylinder to the combustion chamber. A control valve 7 for controlling the flow of hydrogen is installed on the line 6. A multi-barrel nozzle 8 with a central barrel 9 and peripheral shafts 10 is connected to a source 4, with a cylinder 11 with a capacity of 11 for hydrocarbon fuel. The system also has a unit 12 for controlling the flow and pressure of air and fuel, and an igniter 13 is installed on the combustion chamber 3.

Работа системы осуществляется следующим образом.The system is as follows.

Сжатый воздух из источника 4 поступает в многоствольные форсунки 8, куда также подается из емкости 11 в периферийные стволы 12 - углеводородное топливо, а в центральные стволы 9 - газообразный водород из баллона 5 по магистрали 6. Compressed air from the source 4 enters the multi-barrel nozzles 8, where it is also supplied from the tank 11 to the peripheral shafts 12 — hydrocarbon fuel, and to the central shafts 9 — hydrogen gas from the cylinder 5 via line 6.

Образующаяся в камере сгорания 3 горючая смесь поджигается воспламенителем 13. Из-за того, что водород способен гореть при существенно больших значениях коэффициента избытка воздуха а (по сравнению с углеводородными топливами) факел центральной форсунки поддерживает горение периферийных форсунокThe combustible mixture formed in the combustion chamber 3 is ignited by the ignitor 13. Due to the fact that hydrogen is able to burn at significantly higher values of the excess air coefficient a (compared to hydrocarbon fuels), the central nozzle plume supports the combustion of peripheral nozzles

Образовавшийся в результате сгорания топлива горячий газ расширяется в турбине 1, приводящей электрогенератор 2, мощность которой регулируется блоком управления расходами и давлениями воздуха и топлива 9 и регулировочным краном 7 подачи водорода.The hot gas formed as a result of fuel combustion expands in a turbine 1 driving an electric generator 2, the power of which is regulated by the air and fuel flow and pressure control unit 9 and a hydrogen supply control valve 7.

По сообщению Международного журнала по ядерной энергетике (Ijhe - 1999, №24, с.341-350) добавка водорода или синтез- газа (Н₂+СО) к топливовоздушной смеси двигателей внутреннего сгорания (ДВС) резко снижает токсичные выбросы и улучшает параметры ДВС. Аналогичный эффект можно ожидать и при использовании водорода в ГТУ.According to the International Journal of Nuclear Energy (Ijhe - 1999, No. 24, p. 341-350), the addition of hydrogen or synthesis gas (H ₂ + CO) to the air-fuel mixture of internal combustion engines (ICE) dramatically reduces toxic emissions and improves the parameters of ICE . A similar effect can be expected when using hydrogen in gas turbines.

По новейшим исследованиям РНЦ «Курчатовский институт» разработана плазменная технология получения водорода из метана с более высоким экономическим эффектом (по сравнению с паровой конверсией): соотношение между затратой электроэнергии на получение водорода к его энергетическому потенциалу составляет 1:30. Это может позволить иметь стоимость получения 1 кг водорода менее $1. Применительно к электростанции ПАЭС-2500 добавка водорода в количестве 12 кг/час (дополнительные затраты не превышают $300 в сутки) позволит обеспечить устойчивую работу при мощностях более чем в пять раз меньших номинального значения и существенно снизить уровень вредных выбросов в атмосферу.According to the latest research by the Kurchatov Institute RSC, a plasma technology has been developed for producing hydrogen from methane with a higher economic effect (compared with steam conversion): the ratio between the energy consumption for producing hydrogen and its energy potential is 1:30. This may allow you to have the cost of producing 1 kg of hydrogen less than $ 1. In relation to the PAES-2500 power plant, the addition of 12 kg / h of hydrogen (additional costs do not exceed $ 300 per day) will ensure stable operation at capacities more than five times lower than the nominal value and significantly reduce the level of harmful emissions into the atmosphere.

Планируется внедрение данной полезной модели в 2005 году в ЗАО "НГТ-Энергия" на электростанции ПАЭС-2500.It is planned to introduce this utility model in 2005 at CJSC NGT-Energia at the PAES-2500 power plant.

Claims

A gas turbine system containing a combustion chamber, two-component multi-barrel nozzles with a central barrel and peripheral shafts supplying hydrocarbon fuel, as well as a compressed air source, a turbine installed at the outlet of the combustion chamber, an air and fuel flow and pressure control unit, characterized in that the system contains a hydrogen cylinder and a line with a control valve connecting the cylinder to the central nozzle barrel.