Энергоэффективная газотурбинная установка
Изобретение относится к конструкции газотурбинных установок и может быть использовано в двигателестроении и энергетике. Предложена газотурбинная установка, включающая кинематически связанные компрессор, основную турбину и потребитель энергии, камеру сгорания, котел-утилизатор, систему конденсации воды, состоящую из холодильника и сепаратора, конвертор, вспомогательную турбину с компрессором, а также сепарационное устройство. При работе установки воздух сжимают компрессором и направляют в горелку камеры сгорания вместе с продуктами конверсии, подаваемыми из конвертора, и малолетучей частью топлива. Продукты сгорания направляют в основную турбину, из которой выводят отработанные газы, которые после охлаждения в котле-утилизаторе и холодильнике разделяют в сепараторе на отходящий газ, сбрасываемый в атмосферу, и водный конденсат, который направляют на смешение с летучей частью топлива, полученной в сепарационном устройстве. Полученную смесь нагревают и испаряют в котле-утилизаторе, а затем подают в конвертор совместно со сжатым воздухом, где конвертируют с получением синтез-газа, который редуцируют во вспомогательной турбине, кинематически связанной с отдельным потребителем и компрессором, оснащенным линиями подачи воздуха и сжатого воздуха. На линии подачи топлива установлено сепарационное устройство, оснащенное линиями подачи летучей и малолетучей части топлива. Технический результат - повышение энергоэффективности. 1 ил.
Изобретение относится к конструкции газотурбинных установок и может быть использовано в двигателестроении и энергетике.
Известна газотурбинная установка с подачей паро-топливной смеси [RU 2527007, опубл. 27.08.2014, МПК F02C 3/30], состоящая из потребителя энергии, компрессора, камеры сгорания, турбины с системой для получения и подачи паро-топливной смеси и активатора, включающей котел утилизатор с линией подачи воды и линию подачи активатора.
К недостаткам известной газотурбинной установки относятся низкая энергоэффективность из-за сброса паров воды в атмосферу с дымовыми газами, а также необходимость подачи воды и активатора со стороны.
Наиболее близкой к предлагаемому изобретению является газотурбинная установка и способ функционирования газотурбинной установки [RU 2624690, опубл. 05.07.2017, МПК F02C 3/30], которая включает потребителя энергии, компрессор, камеру сгорания с каталитическим генератором синтез-газа (паровым конвертором), соединенные линией подачи продуктов конверсии, турбину с линией вывода продуктов сгорания, на которой расположены система конденсации воды с радиатором, конденсатором и емкостью, и котел-утилизатор, соединенный с конвертором линией подачи паро-топливной смеси, оснащенный системой получения и подачи водо-топливной смеси с линией подачи топлива. Отмечается возможность установки дополнительной турбины для использования энергии потоков паро-топливной смеси или продуктов ее паровой конверсии.
Недостатком данной установки является низкая энергоэффективность из-за низкого энергетического потенциала потоков паро-топливной смеси или продуктов ее паровой конверсии вследствие их относительно низкой температуры и малого объемного расхода.
Задачей изобретения является повышение энергоэффективности.
Техническим результатом является повышение энергоэффективности за счет установки вспомогательной турбины для использования энергии потока продуктов паровоздушной конверсии смеси летучей части топлива, пара и воздуха, оснащенной компрессором, соединенным линией подачи сжатого воздуха с конвертором.
Указанный технический результат достигается тем, что в предлагаемой установке, включающей потребителя энергии, компрессор, камеру сгорания, соединенную с конвертором линией подачи продуктов конверсии, турбину с линией вывода продуктов сгорания, на которой расположены система конденсации воды и котел-утилизатор с системой получения и подачи водо-топливной смеси, соединенный с конвертором линией подачи паро-топливной смеси, особенностью является то, что на линии подачи продуктов конверсии установлена вспомогательная турбина, оснащенная компрессором, соединенным линией подачи сжатого воздуха с конвертором, а на линии подачи топлива установлено сепарационное устройство, соединенное с камерой сгорания линией подачи малолетучей части топлива.
Для повышения энергоэффективности установки система конденсации воды может быть соединена с камерой сгорания линией подачи конденсата.
Сепарационное устройство выполнено, например, в виде парциального испарителя. В качестве конвертора установлен каталитический реактор паровоздушной конверсии. Система конденсации воды включает холодильник, выполненный, например, в виде аппарата воздушного охлаждения или водяного холодильника, и сепаратор емкостного или центробежно-вихревого типа. Вспомогательная турбина может быть кинематически связана с компрессором основной турбины или ее потребителем, либо с отдельным потребителем. В качестве остальных элементов установки используют любое оборудование соответствующего назначения, известное из уровня техники.
Установка на линии подачи топлива сепарационного устройства, соединенного с камерой сгорания линией подачи малолетучей части топлива, позволяет отделить тяжелую часть топлива, склонную к сажеобразованию при паровоздушной конверсии, и подать ее напрямую в камеру сгорания. При этом в конвертор направляют смесь паров воды и летучей части топлива, что позволяет избежать сажеобразования при конверсии, предотвратить зауглероживание катализатора, размещенного в конверторе, и получить при этом продукты, не содержащие сажи. Это дает возможность разместить на линии подачи продуктов паровоздушной конверсии вспомогательную турбину, оснащенную компрессором, соединенным линией подачи сжатого воздуха с конвертором, что позволяет использовать энергию потока продуктов паровоздушной конверсии, имеющих высокую температуру и давление, для получения дополнительной и обеспечить повышение энергоэффективность установки в целом.
Предлагаемая установка показана на чертеже и включает кинематически связанные компрессор 1, основную турбину 2 и потребитель энергии 3, камеру сгорания 4, котел-утилизатор 5, систему конденсации воды, состоящую, например, из холодильника 6 и сепаратора 7, конвертор 8, вспомогательную турбину 9 с компрессором 10, а также сепарационное устройство 11.
При работе установки воздух, подаваемый по линии 12, сжимают компрессором 1 и направляют в горелку (не показана) камеры сгорания 4 по линии 13 вместе с продуктами конверсии, подаваемыми по линии 14 из конвертора 8 через турбину 9, и малолетучей частью топлива. Продукты сгорания по линии 15 направляют в турбину 2, из которой по линии 16 выводят отработанные газы, которые после охлаждения в котле-утилизаторе 5 и холодильнике 6 разделяют в сепараторе 7 на отходящий газ, сбрасываемый в атмосферу по линии 17, и водный конденсат, который направляют по линии 18 на смешение с летучей части топлива, подаваемой по линии 19. Полученную водо-топливную смесь нагревают и испаряют в котле-утилизаторе 5, а затем направляют в конвертор 8 совместно со сжатым воздухом, подаваемым по линии 20, где конвертируют с получением синтез-газа, который затем редуцируют в турбине 9, кинематически связанной, с отдельным потребителем (не показан) и компрессором 10, оснащенным линиями подачи воздуха 21 и сжатого воздуха 20. На линии подачи топлива 22 установлено сепарационное устройство 11, соединенное с горелкой камеры сгорания 4 линией подачи малолетучей части топлива 23, и оснащенное линией 19 подачи летучей части топлива. Пунктиром показана возможная подача части водного конденсата по линии 24, минуя горелку, непосредственно в камеру сгорания 4.
Таким образом, предлагаемая установка позволяет повысить энергоэффективность и может быть использована в промышленности.
Энергоэффективная газотурбинная установка, включающая потребителя энергии, компрессор, камеру сгорания, соединенную с конвертором линией подачи продуктов конверсии, турбину с линией вывода продуктов сгорания, на которой расположены система конденсации воды и котел-утилизатор с системой получения и подачи водотопливной смеси, соединенный с конвертором линией подачи паротопливной смеси, отличающаяся тем, что на линии подачи продуктов конверсии установлена вспомогательная турбина, оснащенная компрессором, соединенным линией подачи сжатого воздуха с конвертором, а на линии подачи топлива установлено сепарационное устройство, соединенное с камерой сгорания линией подачи малолетучей части топлива.
