Горелка промежуточного подогрева и способ смешивания топлива/потока воздуха-носителя в горелке промежуточного подогрева

Авторы патента:

ДЮЗИНГ Михаэль (DE)

F02C6/00 - Многоагрегатные газотурбинные установки, комбинации газотурбинных установок с другими устройствами (аспекты, в основном касающиеся таких устройств, см. соответствующие классы для этих устройств); приспосабливание турбинных установок для специальных целей

Владельцы патента RU 2551716:

АЛЬСТОМ ТЕКНОЛОДЖИ ЛТД (CH)

Изобретение относится к горелке промежуточного подогрева, содержащей проточный канал для потока горячего газа с трубкой, расположенной вдоль указанного проточного канала, выступающей в проточный канал для впрыскивания топлива на плоскость впрыска, перпендикулярную продольной оси канала, причем канал и трубка образуют область образования завихрений выше по потоку от плоскости впрыска и область смешивания ниже по потоку от плоскости впрыска в направлении потока горячего газа. Область смешивания обеспечивает по меньшей мере одну аксиальную область, имеющую различные поперечные сечения вдоль своей продольной оси, или имеющую некруглые поперечные сечения, которые изменяют положение вдоль ее продольной оси посредством непрерывного вращения вокруг продольной оси. Изобретение направлено на создание горелки, работающей при более высоких температурах и уменьшение выбросов NOx и СО. 3 н. и 10 з. п. ф-лы, 12 илл.

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Настоящее изобретение относится к области стационарных газовых турбин с последовательным сгоранием. В контексте последовательного сгорания форма горелки промежуточного подогрева, в которой смешивание топлива и дополнительного воздуха-носителя проходит с целью получения способной к самовоспламенению смеси топлива/воздуха-носителя, имеет решающее значение.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Как известно, газовые турбины с последовательным сгоранием содержат первую горелку, где топливо впрыскивается в струю сжатого воздуха для сжигания, производя горячие газы, которые частично расширяются в турбине высокого давления.

Горячие газы, поступающие из турбины высокого давления, которые все еще богаты кислородом, затем подаются в горелку промежуточного подогрева, что обычно именуется сгоранием второй ступени, на котором в нее впрыскивается еще топливо для смешивания и сжигания в камере сгорания ниже по потоку от горелки промежуточного подогрева; образующиеся горячие газы затем расширяются в турбине низкого давления.

Горелка промежуточного подогрева газовой турбины с последовательным сгоранием имеет канал, который часто имеет квадратную, четырехугольную или трапециевидную форму, которая вмещает статические турбулизаторы, обычно выполненные из тетраэдальных элементов, присоединенных к стенкам в области выше по потоку от канала и продолжающихся частично в канал.

Ниже по потоку от турбулизаторов горелка промежуточного подогрева имеет трубку, выполненную из прямого трубчатого элемента, расположенного перпендикулярно направлению потока горячих газов и снабженную концевым участком, который параллелен направлению потока горячего газа. Концевой участок обычно имеет более одного сопла, которое впрыскивает топливо.

При работе поток горячего газа проходит через генераторы турбулентности, например турбулизаторы, трубку с желобковыми VG, трубку с желобковыми лопастями, посредством увеличения его завихрения, после чего топливо впрыскивается через трубку так, что оно смешивается с потоком горячего газа.

В настоящее время ниже по потоку от трубки смешивание в основном улучшается посредством уменьшения поперечного сечения канала горелки, что уменьшает отношение эффективного диаметра к длине горелки. Для того, чтобы свести к минимуму потерю давления в камере сгорания, поперечное сечение увеличивается снова к концу области смешивания. Такая горелка промежуточного подогрева раскрыта, например, в EP 2,420,730 A2. Это увеличение поперечного сечения в нижней по потоку концевой области канала горелки ограничено потенциальным отрывом потока от стенок каналов внутри области смешивания. Таким образом, существует конфликт между достижимым качеством смешивания и потерей давления.

Предоставление крупномасштабных и/или мелкомасштабных структур вдоль области смешивания для увеличения завихрения не является средством для того, чтобы столкнуться с проблемами, обусловленными риском областей рециркуляции и, следовательно, пламенем, удерживаемым внутри области смешивания. Это также усугубляется тем, что турбулентность, которая была создана турбулизаторами и/или трубками, постоянно уменьшается внутри области смешивания в направлении потока. Таким образом, смешивание происходит не так эффективно в направлении конца области смешивания, как оно происходит вблизи впрыска.

Кроме того, для того, чтобы повысить эффективность и производительность газовой турбины, температура горячих газов, циркулирующих через горелку промежуточного подогрева, должна быть увеличена. Такое увеличение температуры вызывает потерю тонкого равновесия между всеми параметрами, так что горелка промежуточного подогрева, работающая с горячими газами, имеющими более высокую температуру, чем расчетная температура, может иметь проскок пламени, выбросы NOx, CO, потребление воды и проблемы с падением давления.

Для того, чтобы преодолеть частично эти ограничения предлагается горелка промежуточного подогрева, смотри EP 2,420,730 А2, имеющая область смешивания с поперечным сечением, с расходящимися в направлении потока горячего газа боковыми стенками, причем расходящиеся боковые стенки образуют изогнутые поверхности в направлении потока горячего газа, имеющие постоянный радиус.

Еще одно предложение для уменьшения описываемых проблем раскрыто в EP 2,420,731 A1, в котором раскрывается горелка промежуточного подогрева, обеспечивающая область больших скоростей с постоянным поперечным сечением вдоль области смешивания. Вниз по потоку в направлении потока горячего газа к области больших скоростей область диффузора ограничена расширяющимся поперечным сечением.

Известно, что на нижнем по потоку конце области смешивания между областью смешивания и камерой сгорания ступенька в поперечном сечении имеет эффект стабилизатора пламени.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Задача изобретения состоит в том, чтобы предложить горелку промежуточного подогрева, содержащую проточный канал для потока горячего газа с трубкой, расположенной вдоль указанного проточного канала, выступающей в проточный канал для впрыска топлива на плоскость впрыска, перпендикулярную продольной оси канала, причем канал и трубка образуют область образования турбулентности выше по потоку от плоскости впрыска и область смешивания ниже по потоку от плоскости впрыска в направлении потока горячего газа, и ступенька в поперечном сечении канала горячего газа между нижним по потоку концом области смешивания и камерой сгорания предусмотрена в качестве стабилизатора пламени, которая обеспечивает возможность работы при более высоких температурах и в то же время достигая уменьшения выбросов NOx, CO и уменьшение проблем с падением давления и риска проскоков пламени. Для решения этих задач дополнительно требуется повышение температуры пламени второго сгорания и увеличения степени смешивания топлива/потока воздуха-носителя.

Задача решается посредством совокупности признаков по п. 1 формулы изобретения. Предмет изобретения по п. 13 формулы изобретения представляет собой способ смешивания топлива и потока воздуха-носителя внутри горелки промежуточного подогрева согласно изобретению. Настоящее изобретение может быть модифицировано преимущественно посредством признаков, раскрытых в зависимых пунктах формулы изобретения, а также в последующем описании особенно со ссылкой на предпочтительные варианты осуществления.

Для достижения улучшенного смешивания газовой смеси, далее называемой просто поток, проходящий через область смешивания горелки промежуточного подогрева, предлагается согласно изобретению приложить дополнительное сдвиговое напряжение к потоку при прохождении области смешивания, при котором вдоль области смешивания создаются крупномасштабные структуры потока и увеличенная турбулентность. Это повышает эффективность смешивания, что приводит к более однородному распределению температуры внутри пламени и, следовательно, к снижению выбросов CO и NOx, а также к снижению общего коэффициента распределения температуры на впуске в ступень турбины, которая расположена ниже по потоку от указанной горелки промежуточного подогрева.

Для направления сдвигового напряжения в потоке при пропускании через область смешивания горелки промежуточного подогрева, соответствующий проточный канал области смешивания обеспечивает различные поперечные сечения в направлении потока с постоянно изменяющейся формой и/или обеспечивает некруглые поперечные сечения, изменяющие положение в направлении потока посредством непрерывного вращения вокруг продольной оси проточного канала.

Первый предлагаемый аспект изобретения для образования проточного канала через область смешивания состоит в непрерывном изменении формы поперечного сечения проточного канала вдоль его продольной оси. Изменение формы поперечного сечения не означает только увеличение или уменьшение данной формы поперечного сечения, например только масштабирование круглого поперечного сечения вдоль продольной оси проточного канала, это означает, согласно изобретению, непрерывное изменение геометрической формы. Например, область смешивания имеет в верхние по потоку области с поперечным сечением квадратной формы, которая будет преобразовываться в направлении потока по всей протяженности области смешивания в поперечное сечение круглой формы. Конечно, объем идеи изобретения охватывает все возможные формы поперечных сечений, которые могут непрерывно изменяться, переходя друг в друга по всей осевой протяженности, или по меньшей мере в одной ограниченной аксиальной области смешивания.

Другой аспект согласно изобретению для направления дополнительного сдвигового напряжения в поток, направленный через область смешивания, состоит в предоставлении проточного канала вдоль области смешивания по меньшей мере с одной аксиальной областью, имеющей некруглые поперечные сечения, которые изменяют положение вдоль его продольной оси посредством непрерывного вращения вокруг продольной оси. Тем самым данная форма поперечного сечения области смешивания сохраняется неизменной вдоль осевой координаты области смешивания, в то время как она вращается вокруг продольной оси. Вращение может быть реализовано по часовой стрелке или против часовой стрелки, при перемещении в направлении потока через область смешивания.

Как упоминалось ранее, подход по изменению формы поперечного сечения или вращению данной формы поперечного сечения вдоль области смешивания, в любом из вариантов может быть предпочтительно применено по всей протяженности области смешивания, но и просто в ограниченной аксиально области вдоль области смешивания.

Другой предпочтительный вариант осуществления представляет собой сочетание двух предложенных согласно изобретению аспектов, так что область смешивания разделяется по меньшей мере на две аксиально, первую и вторую, области, которые соединены непосредственно или косвенно. В случае косвенного аксиального объединения дополнительная промежуточная зона, например, постоянного поперечного сечения вдоль ее аксиальной протяженности, соединяет по меньшей мере две аксиальных области. В первой аксиальной области, соответствующий проточный канал имеет различные поперечные сечения вдоль его продольной оси, которые непрерывно изменяют форму. Во второй аксиальной области проточный канал предоставляет поперечное сечение некруглой формы, которое изменяет положение вдоль его продольной оси посредством непрерывного вращения вокруг продольной оси. То же применяется и в обратном порядке.

В дополнительном варианте осуществления проточный канал области смешивания обеспечивает вдоль всей своей аксиальной протяженности некруглые поперечные сечения, имеющие одинаковую геометрическую форму, которые непрерывно вращаются вокруг продольной оси, но по меньшей мере несколько из них отличаются по размеру. Например, поперечное сечение на верхнем по потоку конце области смешивания имеет треугольную форму поперечного сечения в первой ориентации относительно продольной оси. Нижний по потоку конец проточного канала области смешивания также имеет треугольную форму поперечного сечения, которая однако повернута, например, на около 90° вокруг продольной оси по часовой стрелке в направлении потока. Далее треугольное поперечное сечение на нижнем по потоку конце области смешивания уменьшается в размерах по сравнению с поперечным сечением на верхнем по потоку конце области смешивания. Таким образом, промежуточная часть проточного канала между верхним и нижним по потоку концами области смешивания непрерывно преобразует как различно ориентированные, так и имеющие различные размеры поперечные сечения друг в друга.

Все варианты осуществления изобретения предоставляют проточный канал, обхватывающий область смешивания, радиально имеющий внутреннюю стенку канала, которая является ровной, без каких-либо локальных выступов, продолжающихся за внутреннюю поверхность стенки для того, чтобы избежать риска проскоков пламени. Модификация, согласно изобретению, проточного канала в пределах области смешивания горелки промежуточного подогрева, реализованная либо посредством изменения формы поперечных сечений, либо посредством их вращения, приводит к большему распространению смеси горячего газа, выходящего из горелки промежуточного подогрева, что улучшает профиль скорости на входе в ступень турбины, после горелки промежуточного подогрева ниже по потоку проточного канала.

Непрерывное изменение формы поперечного сечения внутри области смешивания является еще более предпочтительным в сочетании с уменьшением поперечного сечения в направлении потока, для того, чтобы избежать отрыва потока от внутренней стенки канала, что приводит к риску пламени, закрепляющегося внутри области смешивания.

Кроме того, раскрытие поперечного сечения к концу области смешивания, что означает что поперечные сечения на нижнем по потоку конце области смешивания увеличиваются в направлении потока, поддерживает достижение минимальной потери давления по протяженности горелки промежуточного подогрева.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Изобретение в дальнейшем поясняется более подробно на основе примерных вариантов осуществления в сочетании с чертежами, на которых:

фиг. 1 схематично показывает продольный разрез горелки промежуточного подогрева

фиг. 2а, b, c изображают общий вид внешней формы или области смешивания горелки промежуточного подогрева;

фиг. 3a-g показывают возможные варианты изменения формы поперечного сечения области смешивания и

фиг. 4 показывает вращение поперечного сечения вдоль области смешивания, имеющей квадратную форму поперечного сечения.

ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

На фиг. 1 схематично представлен продольный разрез горелки промежуточного подогрева, содержащей проточный канал 1 для потока 2 горячего газа с трубкой 3, расположенной вдоль указанного проточного канала 1, выступающей в проточный канал 2 для впрыска топлива 4, например топливного газа и/или топливной нефти, и воздух-носитель над плоскостью впрыска 5, которая перпендикулярна продольной оси 6 канала. Предпочтительными являются желобковый VG или вариант с лопастями.

Проточный канал 1 и трубка 3 образуют область 7 образования завихрений, которая находится выше по потоку от плоскости впрыска 5. Внутри области 7 образования завихрений расположен турбулизатор 8 на внутренней стенке проточного канала 1 для введения завихрений в поток 2 горячего газа, поступающего в горелку промежуточного подогрева. Ниже по потоку от плоскости впрыска 5 в направлении потока (смотри стрелку 2 на фиг. 1) присоединена область 9 смешивания, вдоль которой впрыскиваемое в поток горячего газа топливо 4 будет смешиваться как можно более полно. Для улучшения процесса смешивания форма внутренней стенки проточного канала 2 в области 9 смешивания модифицируется согласно изобретению. Ступенька 11 в поперечном сечении проточного канала 1 расположена на нижнем по потоку конце области 9 смешивания между областью 9 смешивания и камерой 10 сгорания. Ступенька 11 является стабилизатором пламени для пламени 12 (область 12 горения). Согласно настоящему изобретению предусмотрено изменение формы области 9 смешивания, что означает, и части канала 1 горячего газа между впрыском 4 топлива и пламенем 12.

В первом аспекте, согласно изобретению, проточный канал 1 внутри области 9 смешивания имеет различные поперечные сечения вдоль его продольной оси 6, которые непрерывно изменяют форму. Для лучшего понимания этого аспекта изобретения, на фиг. 1 представлена круглая форма ФПС_первая поперечного сечения на входе потока области 9 смешивания, которая находится в или близко к плоскости 5 впрыска. Круглая форма непрерывно изменяется вниз по потоку вдоль всей области 9 смешивания, когда достигается форма ФПС_{последняя} поперечного сечения на нижнем по потоку конце области 9 смешивания, имеющая произвольную форму поперечного сечения.

Благодаря непрерывному изменению формы поперечных сечений области смешивания прилагается дополнительное сдвиговое напряжение к потоку 2, проходящему область смешивания, что создает крупномасштабные структуры потока и увеличивает турбулентность внутри области смешивания. Это улучшает эффективность смешивания, что приводит к более однородному распределению температуры внутри пламени (не показано), что формирует посредством самовоспламенения ниже по потоку область 9 смешивания.

Такой же эффект от приложения дополнительного сдвигового напряжения к потоку 2 достигается посредством области смешивания, имеющей заданную форму поперечного сечения, которая вращается вдоль продольной оси области смешивания. Такой подход проиллюстрирован на фиг. 2а. На фиг. 2а представлен внешний вид горелки промежуточного подогрева, которая показана приблизительно, имеющей прямоугольное сечение вдоль своей области 7 образования завихрений. Форма ФПС_первая поперечного сечения на входе потока в область 9 смешивания является прямоугольной в вертикальном положении по отношению к продольной оси 6 горелки промежуточного подогрева. Форма поперечного сечения проточного канала области 7 смешивания остается прямоугольной на всей своей протяженности, но ориентация формы поперечного сечения вращается вокруг продольной оси 6, например, на 90°. Поэтому форма ФПС_{последняя} поперечно сечения на нижнем по потоку конце области 9 смешивания ориентирована поперек относительно поперечного сечения ФПС_первая на верхнем по потоку конце области 9 смешивания.

На фиг. 2b показан внешний вид горелки промежуточного подогрева, имеющей круглое поперечное сечение вдоль своей области 7 образования завихрений. Форма поперечного сечения ФПС_первая на входе потока в область 9 смешивания является круглой. Форма поперечного сечения проточного канала области 7 смешивания непрерывно изменяется в направлении потока 2 от квадратной к круглой, что является предпочтительным вариантом. Поэтому форма ФПС_{последняя} поперечного сечения на нижнем по потоку конце области 9 смешивания имеет круглую форму и дополнительно площадь при этом уменьшена по сравнению с размером поверхности ФПС_первая.

На фиг. 2с показан внешний вид горелки промежуточного подогрева, имеющей круглое поперечное сечение вдоль своей области 7 образования завихрений. Форма ФПС_первая поперечного сечения на входе потока в область 9 смешивания является круглой. Форма поперечного сечения проточного канала области 7 смешивания непрерывно изменяется в направлении потока 2 от круглой к квадратной непрерывно. Поэтому форма ФПС_{средняя} поперечного сечения на нижнем по потоку конце первой аксиальной области 9" области 9 смешивания имеет квадратную форму и дополнительно площадь при этом уменьшена по сравнению с размером поверхности ФПС_первая. При непосредственном соединении вторая аксиальная область 9' находится рядом с первой аксиальной областью (9"), имеющей постоянное поперечное сечение квадратной формы вдоль области смешивания, которое изменяет положение вдоль своей продольной оси (6) посредством непрерывного вращения вокруг продольной оси (6). В проиллюстрированном случае последняя форма поперечного сечения ФПС_{последняя} повернута на 45° вокруг продольной оси (6) относительно промежуточной формы ФПС_{средняя} поперечного сечения.

На фиг. 3a-3g показаны (не ограничено) возможные варианты конструкции проточного канала области смешивания с различными комбинациями первой и последней форм ФПС_первая, ФПС_{последняя} поперечного сечения. Каждый схематичный чертеж на фиг. 3 является схематичным видом сбоку вдоль продольной оси 6.

Здесь все они изменяют форму вместо того, чтобы вращаться. Конечно, вращение будет вариантом также.

Варианты осуществления, представленные на фиг. 3a-3g, иллюстрируют изменение формы поперечного сечения области смешивания. На фиг. 3c представлена трансформация круглой формы ФПС_первая поперечного сечения в квадратную форму ФПС_{последняя} поперечного сечения. На фиг. 3e представлена трансформация треугольной формы ФПС_первая поперечного сечения в круглую форму ФПС_{последняя} поперечного сечения, и на фиг. 3g представлена трансформация произвольной свободной формы поперечного сечения в другую произвольную свободную форму поперечного сечения.

Иллюстрация, представленная на фиг. 4, должна прояснить основной принцип вращения заданной формы поперечного сечения вдоль области 9 смешивания, показывающий последовательность множества повернутых квадратных поперечных сечений, начиная с первой формы ФПС_первая поперечного сечения превращающейся в последнюю форму ФПС_{последняя} поперечного сечения. Все поперечные сечения между ФПС_первая и ФПС_{последняя} являются промежуточными поперечными сечениями вдоль области 9 смешивания.

СПИСОК ССЫЛОЧНЫХ ПОЗИЦИЙ

1 - Проточный канал;

2 - Поток горячего газа;

3 - Трубка;

4 - Топливо;

5 - Плоскость впрыска;

6 - Продольная ось;

7 - Область образования завихрений;

8 - Турбулизаторы;

9 - Область смешивания;

10 - Камера сгорания;

11 - Ступенька в поперечном сечении;

12 - Пламя, область сгорания;

ФПС_первая - Форма поперечного сечения на верхнем по потоку конце области смешивания;

ФПС_{средняя} - Форма поперечного сечения в промежуточной секции области смешивания;

ФПС_{последняя} - Форма поперечного сечения на нижнем по потоку конце области смешивания.

1. Горелка промежуточного подогрева, содержащая проточный канал (1) для потока (2) горячего газа с трубкой (3), расположенной вдоль проточного канала (1), выступающей в проточный канал (1) для впрыска топлива (4) над плоскостью (5) впрыска, перпендикулярной продольной оси (6) канала, причем проточный канал (1) и трубка (3) образуют область (7) образования завихрений выше по потоку от плоскости (5) впрыска и область (9) смешивания ниже по потоку от плоскости (5) впрыска в направлении потока (2) горячего газа, и на нижнем по потоку конце области (9) смешивания предусмотрена ступенька (11) в поперечном сечении проточного канала (1) между областью (9) смешивания и расположенной выше по потоку камерой сгорания, отличающаяся тем, что область (9) смешивания обеспечивает по меньшей мере одну аксиальную область:
a) имеющую различные поперечные сечения вдоль своей продольной оси (6) с непрерывно изменяющейся формой, или
b) имеющую некруглые поперечные сечения, изменяющие положение вдоль ее продольной оси (6) посредством непрерывного вращения вокруг продольной оси (6).

2. Горелка промежуточного подогрева по п. 1, отличающаяся тем, что по меньшей мере одна аксиальная область продолжается в одну связанную часть по всей области (9) смешивания.

3. Горелка промежуточного подогрева по п. 1, отличающаяся тем, что область (9) смешивания обеспечивает по меньшей мере две аксиальные области (9', 9") с
a) первой аксиальной областью (9'), имеющей различные поперечные сечения вдоль своей продольной оси (6) с непрерывно изменяющейся формой, и
b) второй аксиальной областью (9"), имеющей некруглое поперечное сечение, изменяющее положение вдоль своей продольной оси (6) посредством непрерывного вращения вокруг продольной оси (6).

4. Горелка промежуточного подогрева по п. 3, отличающаяся тем, что первая и вторая аксиальные области (9', 9") связаны аксиально непосредственно или косвенно.

5. Горелка промежуточного подогрева по любому из пп. 1-4, отличающаяся тем, что аксиальная область, имеющая различные поперечные сечения вдоль своей продольной оси (6) с непрерывно изменяющейся формой, обеспечивает различные поперечные сечения, которые не могут быть выровнены только посредством масштабирования.

6. Горелка промежуточного подогрева по п. 1, отличающаяся тем, что некруглые поперечные сечения, изменяющие положение вдоль продольной оси посредством непрерывного вращения вокруг продольной оси (6), постоянны по форме.

7. Горелка промежуточного подогрева по п. 1, отличающаяся тем, что по меньшей мере два из некруглых поперечных сечений, изменяющих положение вдоль своей продольной оси посредством непрерывного вращения вокруг продольной оси (6), различны по размеру.

8. Горелка промежуточного подогрева по п. 1, отличающаяся тем, что область (9) смешивания обеспечивает по меньшей мере одну аксиальную область, имеющую изменяющиеся поперечные сечения вдоль своей продольной оси (6), изменяющие форму и/или положение в направлении потока, начиная с первой формы ФПС_первая поперечного сечения и заканчивая последней формой ФПС_{последняя} поперечного сечения одним из следующих образов:
a) ФПС_первая - прямоугольная,
ФПС_{последняя} - прямоугольная и повернутая на 0°<α<180° вокруг продольной оси;
b) ФПС_первая - круглая,
ФПС_{последняя} - прямоугольная;
c) ФПС_первая - прямоугольная,
ФПС_{последняя} - круглая;
d) ФПС_первая - квадратная,
ФПС_{последняя} - квадратная и повернутая на 0°<α<180° вокруг продольной оси;
e) ФПС_первая - эллиптическая,
ФПС_{последняя} - эллиптическая и повернутая на 0°<α<180° вокруг продольной оси;
f) ФПС_первая - круглая,
ФПС_{последняя} - эллиптическая.

9. Горелка промежуточного подогрева по п. 1, отличающаяся тем, что поперечное сечение верхнего по потоку конца области смешивания больше, чем поперечное сечение нижнего по потоку конца области смешивания.

10. Горелка промежуточного подогрева по п. 1, отличающаяся тем, что область смешивания обеспечивает в нижней по потоку концевой области поперечные сечения, увеличивающиеся в направлении потока.

11. Горелка промежуточного подогрева по п. 1, отличающаяся тем, что проточный канал (1) охватывает область (9) смешивания внутренней стенкой канала, гладкой без каких-либо выступов, продолжающихся за внутреннюю поверхность стенки.

12. Стационарная газовая турбина с последовательным сгоранием, содержащая камеру сгорания с промежуточным подогревом, снабженную горелкой промежуточного подогрева по любому из пп. 1-11.

13. Способ смешивания топлива и потока воздуха-носителя внутри горелки промежуточного подогрева, при котором поток воздуха-носителя поступает в горелку промежуточного подогрева и подвергается завихрению турбулизаторами (8) внутри горелки промежуточного подогрева до того, как топливо (4) впрыскивают в поток воздуха-носителя и производят поток смеси топлива/воздуха-носителя посредством впрыскивания топлива (4) в закрученный поток воздуха-носителя, включающий в себя следующие этапы, на которых:
распространяют указанный поток смеси топлива/воздуха-носителя вдоль проточного канала (1) вниз по потоку от указанного впрыска топлива,
прикладывают сдвиговое напряжение к потоку смеси топлива/воздуха-носителя посредством пропускания потока (2) топлива/воздуха-носителя через область смешивания проточного канала (1), имеющего различные поперечные сечения в направлении потока с непрерывно изменяющейся формой или имеющего некруглые поперечные сечения, которые изменяют положение в направлении потока посредством непрерывного вращения вокруг продольной оси (6) проточного канала.

Изобретение относится к энергетике. Форсунка смесительной головки парогазогенератора содержит как минимум полый наконечник, соединяющий полость окислителя с зоной горения, втулку, охватывающую с кольцевым зазором наконечник и соединяющую полость горючего с зоной горения, характеризующаяся тем, что на наружной поверхности наконечника форсунки выполнены ребра, взаимодействующие своей наружной частью с внутренней поверхностью втулки, при этом наружная выходная часть втулки выполнена ступенчатой, с увеличением диаметра ее наружной поверхности, причем в ступенчатом расширении втулки выполнены каналы, соединяющие полость балластирующего компонента, преимущественно воды, с зоной горения.

Смесительная головка парогазогенератора // 2548245

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано в энергетических установках для выработки парогазовых смесей. Задачей изобретения является повышение однородности температурного поля парогазовой смеси на выходе за счет интенсификации процесса испарения балластирующего компонента.

Способ получения пара в парогазогенераторе // 2546372

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано в парогазогенераторах. Задачей изобретения является повышение однородности температурного поля парогазовой смеси на выходе за счет интенсификации процесса испарения баллистирующего компонента.

Энергетическая установка // 2545115

Изобретение относится к области энергетики и может быть использовано для выработки электроэнергии при утилизации топлива путем сжигания его в факелах, в частности к энергетическим установкам малой мощности.

Энергетическая газотурбодетандерная установка собственных нужд компрессорных станций магистральных газопроводов // 2541080

Использование: энергетические газотурбодетандерные установки с использованием избыточного давления топливного газа могут быть применены для электроснабжения компрессорных станций (КС) магистральных газопроводов.

Способ переработки углеводородного газа в стабильные жидкие синтетические нефтепродукты и энергетический комплекс для его осуществления // 2527536

Изобретение относится к технологии переработки углеводородов, к способам и устройствам для переработки углеводородного газа в стабильные жидкие синтетические нефтепродукты.

Газотурбинная установка // 2520214

Изобретение относится к энергетике. Газотурбинная установка содержит воздушный компрессор, газовую турбину и электрогенератор, установленные на одном валу, теплообменник с нагревающим и нагреваемым контурами, камеру сгорания, источник топлива и трубопроводные вентили.

Способ работы авиационного газотурбинного двигателя и устройство для его осуществления // 2516985

Устройство и способ работы авиационного газотурбинного двигателя включающий процесс сжатия в компрессорах, подвода тепла в камере сгорания, расширения на турбинах и реактивном сопле.

Способ конвентирования двухконтурного турбореактивного двигателя в газотурбинный двигатель наземного применения // 2499152

Способ конвертирования двухконтурного турбореактивного двигателя в газотурбинный двигатель наземного применения, содержащего компрессор низкого давления с турбиной низкого давления, компрессор высокого давления с турбиной высокого давления, камеру сгорания и опоры, осуществляют путем подрезания верхней части лопаток компрессора низкого давления, расположенных во втором контуре.

Газотурбинный двигатель с двумя камерами сгорания // 2474708

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано для повышения КПД стационарных и судовых газотурбинных двигателей (ГТД). .

Способ серийного производства газотурбинного двигателя и газотурбинный двигатель, выполненный этим способом // 2551915

Изобретение относится к области авиадвигателестроения, а именно к авиационным газотурбинным двигателям. В способе серийного производства ГТД изготавливают детали и комплектуют сборочные единицы, элементы и узлы модулей и систем двигателя. Собирают модули в количестве не менее восьми - от компрессора низкого давления до всережимного поворотного реактивного сопла. Помодульно собирают двигатель, который выполняют двухконтурным, двухвальным. После сборки производят испытания двигателя по многоцикловой программе. При выполнении этапов испытания проводят чередование режимов, которые по длительности превышают программное время полета. Формируют типовые полетные циклы, на основании которых по программе определяют повреждаемость наиболее загруженных деталей. Исходя из этого определяют необходимое количество циклов нагружения при испытании. Формируют полный объем испытаний, включая быструю смену циклов в полном регистре от быстрого выхода на максимальный либо полный форсированный режим до полного останова двигателя и затем репрезентативный цикл длительной работы с многократным чередованием режимов во всем рабочем спектре с различным размахом диапазона изменения режимов, превышающем время полета не менее чем в 5 раз. Быстрый выход на максимальный или форсированный режим на части испытательного цикла осуществляют в темпе приемистости и сброса. Технический результат состоит в повышении достоверности результатов испытаний на этапе серийного производства и расширении репрезентативности оценки ресурса и надежности работы газотурбинного двигателя в широком диапазоне региональных и сезонных условий последующей летной эксплуатации двигателей. 2 н. и 11 з.п. ф-лы, 2 ил.

Способ работы комбинированной газотурбинной установки системы газораспределения // 2557823

Изобретение относится к энергетике. В способе работы комбинированной газотурбинной установки системы газораспределения при выработке электрической энергии с помощью теплового двигателя в качестве рабочего тела используют низкокипящее рабочее тело с замкнутым контуром циркуляции, работающего по органическому циклу Ренкина, утилизацию теплоты выхлопных газов газотурбинного двигателя осуществляют путем нагрева в теплообменнике-утилизаторе низкокипящего рабочего тела, причем низкокипящее рабочее тело замкнутого контура циркуляции сжимают в конденсатном насосе, расширяют в турбодетандере, конденсируют в низкотемпературном теплообменнике-конденсаторе, при выработке электрической энергии в энергоутилизационном турбодетандере используют турбодетандер с сепарирующей установкой для выработки низкотемпературного природного газа, который направляют в низкотемпературный теплообменник-конденсатор для охлаждения низкокипящего рабочего тела теплового двигателя, и конденсата в виде сжиженной фракции тяжелых углеводородов, который направляют в камеру сгорания газотурбинного двигателя, причем в процессе конденсации низкокипящего рабочего тела выделяемая скрытая теплота нагревает низкотемпературный природный газ. Изобретение позволяет повысить КПД комбинированной газотурбинной установки. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Способ работы газопаровой установки // 2561354

Изобретение относится к энергетике. Способ включает в себя сжатие газообразного рабочего тела - воздуха, подогрев сжатого рабочего тела путем сжигания топлива, расширение подогретого рабочего тела, утилизацию остаточного тепла расширившегося рабочего тела путем генерации водяного пара, подвод полученного пара в газовый тракт, конденсацию пара и извлечение воды из продуктов сгорания. Рабочий процесс осуществляется в двух газовых трактах, с раздельными выхлопами. Пар генерируют в котле-утилизаторе, а затем подводят в промежуточные ступени газопаротурбинной установки для охлаждения дисков и лопаток рабочих колес и для увеличения расхода рабочей среды, а также в камеры сгорания. Конденсацию пара из отборов и извлечение воды из продуктов сгорания осуществляют в двух сетевых подогревателях, в которых происходит нагрев сетевой воды для нужд теплового потребителя и в трехступенчатом пароструйном эжекторе, в который подается пар из котла-утилизатора, образующийся при этом конденсат подвергают очистке в деаэраторе и конденсатоочистном устройстве, а затем направляют в котел-утилизатор. Изобретение позволяет повысить КПД установки, увеличить мощность путем увеличения расхода рабочей среды. 1 ил.

Способ работы и устройство газотурбинной установки // 2561755

Группа изобретений относится к энергетике Способ работы газотурбинной установки предусматривает подачу в камеру сгорания сжатого воздуха и паро-метановодородной смеси, расширение продуктов ее сгорания в газовой турбине, охлаждение путем испарения или перегрева водяного пара, направляемого в газотурбинную установку, где поступающий природный газ смешивают с водяным паром высокого давления с получением метансодержащей парогазовой смеси, которую нагревают потоком указанных продуктов сгорания в теплообменнике, пропускают через каталитический реактор реформирования метана с образованием на выходе паро-метановодородной смеси, подаваемой в камеру сгорания газотурбинной установки, повышают температуру теплообменных процессов газотурбинной установки путем дополнительного сжигания топлива в потоке продуктов сгорания паро-метановодородной смеси, отбираемом на выходе из дополнительной свободной силовой газовой турбины, а перед подачей в камеру сгорания паро-метановодородной смеси ее предварительно охлаждают до температуры, не превышающей температурный диапазон 200+240°С, с одновременной частичной конденсацией водяного пара, конденсат отделяют, испаряют и расходуют при подготовке метансодержащей парогазовой смеси и водяного пара низкого давления, который пропускают через дополнительную свободную силовую газовую турбину. Изобретение позволяет улучшить эксплуатационные характеристики газотурбинной установки путем наиболее полного использования энергии отводимых продуктов сгорания. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл.

Газовая турбина с уменьшенными выбросами при частичной нагрузке // 2562681

Способ эксплуатации газовой турбины с последовательным сгоранием и низкими выбросами СО заключается в том, что нагретые газы от первой камеры сгорания попадают на первую турбину, а нагретые газы второй камеры сгорания, подключаемой к первой турбине, попадают на вторую турбину. При этом коэффициент избытка воздуха работающих форсунок второй камеры сгорания поддерживают ниже максимального коэффициента избытка воздуха, причем максимальный коэффициент избытка воздуха зависит от температуры на впуске форсунки и предельных выбросов СО. Для снижения максимального коэффициента избытка воздуха осуществляется ряд изменений технического решения газовой турбины отдельно или в сочетании. Газовая турбина содержит в по меньшей мере одном подводящем топливном трубопроводе для по меньшей мере одной форсунки второй камеры сгорания отдельный клапан переключения или отдельный регулирующий клапан. Газовая турбина также может содержать систему распределения топлива, выполненную с первым и вторым клапанами регулирования подачи топлива, а также с первым и вторым кольцевыми топливными трубопроводами для распределения топлива форсункам соответственно первого и второго узлов форсунок. Изобретение направлено на работу газовой турбины со сниженными выбросами СО. 4 н. и 19 з.п ф-лы, 14 ил.

Энергетическая система по утилизации теплоты отработанных газов газоперекачивающей станции // 2564195

Изобретение относится к энергетическим системам, в которых применяются органические циклы Ренкина для производства электрической энергии при сжигании различных видов топлива. В качестве теплоутилизационной парогенераторной установки используют установку на основе органического цикла Ренкина с электрогенератором, а в качестве промежуточного контура использования теплоты отработанных газов газовой турбины используют замкнутый контур с диатермическим маслом, который имеет в своем составе два теплообменника и циркуляционный насос, при этом через один теплообменник проходит линия отвода отработанных газов газовой турбины, а через второй теплообменник - линия установки на основе органического цикла Ренкина, при этом к электрогенератору установки на основе органического цикла Ренкина подключены внутренние потребители электрической энергии газоперекачивающей станции. Изобретение позволяет повысить эффективность сжигания природного газа на магистральных газоперекачивающих станциях за счет получения дополнительной электрической энергии путем преобразования теплоты отработанных газов в установке на основе органического цикла Ренкина и снижение материальных затрат для обеспечения электроэнергией внутренних потребителей газоперекачивающих станций. 1 ил.

Устройство для компрессии диоксида углерода // 2594096

Предложено устройство (200) для сжатия газа для применения с потоком (230) газа. Устройство (200) для сжатия газа может включать ряд компрессоров, один или несколько эжекторов (270), конденсатор (350), расположенный по потоку после одного или нескольких эжекторов (270), и источник (205) отходящего тепла. Возвращаемая часть (390) потока (230) газа может сообщаться с одним или несколькими эжекторами (270) через источник (205) отходящего тепла. При этом каждый из одного или нескольких эжекторов (270) включает рабочее впускное отверстие (280), сообщающееся с возвращаемой частью (390) потока (230) газа, и всасывающее отверстие (300), сообщающееся с потоком (230) газа. Изобретение направлено на уменьшение паразитной нагрузки и на повышение чистой выработки электроэнергии электростанцией. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 5 ил.

Способ работы газотурбинной установки // 2610801

Изобретение относится к области энергетики. Способ работы газотурбинной установки, включающей дополнительный контур с низкокипящим рабочим телом, включающий входное устройство, сообщенное с источником низкокипящего рабочего тела, теплообменный аппарат, турбину, сообщенную с дополнительным приводом. Рабочее тело-воздух первого контура после входного устройства охлаждают в первом теплообменном аппарате, далее после сжатия в компрессоре низкого давления и последующего охлаждения рабочего тела во втором теплообменном аппарате, рабочее тело расширяют до отрицательной температуры в турбодетандере и охлаждают в расположенном за ним третьем теплообменном аппарате, после сжатия в компрессоре высокого давления, горения в камере сгорания, расширения в турбинах высокого, низкого давлений, в силовой турбине и вращения привода потребителя отработавшие газы основного контура направляют в теплообменный аппарат дополнительного контура, куда одновременно подают низкокипящее рабочее тело, подогревают его отработавшими газами основного контура для срабатывания теплоперепада в турбине дополнительного контура, после чего низкокипящее рабочее тело из-за турбины подают в вышеупомянутый третий теплообменный аппарат перед компрессором высокого давления основного контура и далее в циркуляционный насос, где низкокипящее рабочее тело сжимается, и в жидком состоянии его подают для охлаждения рабочего тела-воздуха в теплообменные аппараты основного контура. Позволяет повысить КПД установки и увеличить полезную работу цикла. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Судовая газотурбинная установка с утилизацией тепла уходящих газов // 2613756

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к газотурбинным установкам, и может быть использовано в качестве судовой энергетической установки с применением природного газа как альтернативного дешевого и экологически чистого вида топлива. Из криогенной емкости сжиженный природный газ криогенным насосом через испаритель подается в камеру сгорания для его сжигания. Воздух по магистрали атмосферного воздуха через испаритель и воздушный компрессор подается в камеру сгорания . Из камеры сгорания уходящие газы поступают в силовую турбину, где производят полезную работу и вращают вал. Вал связан через редуктор с гребным валом. За счет тепла уходящих газов в теплообменнике-испарителе органическое рабочее тело испаряется и поступает в паровую турбину, в которой производится полезная механическая энергия, передаваемая валу. Изобретение позволяет повысить энергетическую эффективность, снизить количество вредных компонентов в уходящих газах судовой газотурбинной установки, а также упростить установку, снизить массу и габариты судовой газотурбинной установки. 1 ил.

Система активации топливного газа и активатор топлива // 2615608

Изобретение относится к энергетике. Система активации топливного газа, содержащая активатор со средством активации, установленным на корпусе активатора, имеющем полость активации, и соединенным с источником энергии, отличающаяся тем, что средство активации выполнено с возможностью лазерного излучения в полость активации, а на внутренней стенке корпуса активатора установлена система зеркал. Также представлен активатор топлива. Изобретение позволяет повысить надежность средства активации топлива, а также позволяет обеспечить его ремонтопригодность. 2 н. и 22 з.п. ф-лы, 14 ил.