RU101699U1

RU101699U1 - UNIT FOR PRODUCTION OF NITRIC ACID

Info

Publication number: RU101699U1
Application number: RU2010127010/05U
Authority: RU
Original assignee: Закрытое Акционерное Общество "Астронит"
Priority date: 2010-06-23
Filing date: 2010-06-23
Publication date: 2011-01-27

Abstract

Агрегат для производства азотной кислоты из аммиака путем окисления аммиака кислородом воздуха и поглощения оксидов азота водой в агрегате с единым давлением на стадиях окисления аммиака и поглощения оксидов азота, содержащий аппараты окисления аммиака воздухом, поглощения оксидов азота, газотурбинную установку, включающую компрессор для сжатия воздуха и рекуперативную турбину для расширения хвостовых газов, нагретых газами из камеры сгорания топлива, а также смеситель воздуха и аммиака и его подогреватель, линию питательной воды для котла-утилизатора, имеющего паросборник, и продувочную колонну азотной кислоты, при этом компрессор установлен на одном валу с рекуперативной турбиной, на выходе из компрессора линия потока сжатого воздуха разделена на два ответвления, причем первое ответвление предназначено для получения азотной кислоты и связано сначала с охладителем сжатого воздуха и затем со смесителем аммиака, а второе ответвление предназначено для сжигания топлива и связано с камерой сгорания рекуперативной турбины, отличающийся тем, что агрегат дополнительно содержит инжектор, который установлен перед камерой сгорания, и сопло которого соединено со вторым ответвлением, а к патрубку всаса в инжектор подсоединен отвод от линии потока хвостового газа, перед воздухоохладителем выполнено третье ответвление, оснащенное регулирующим клапаном и соединенное с линией потока хвостового газа до отвода на инжектор, в качестве компрессора для сжатия воздуха в газотурбинной установке используют центробежный компрессор, причем центробежный компрессор и рекуперативная турбина установлены консольно с п� A unit for the production of nitric acid from ammonia by oxidizing ammonia with atmospheric oxygen and absorbing nitrogen oxides with water in a unit with a single pressure at the stages of ammonia oxidation and absorption of nitrogen oxides, containing devices for the oxidation of ammonia by air, absorption of nitrogen oxides, a gas turbine unit including a compressor for compressing air and a regenerative turbine for expanding tail gases heated by gases from the fuel combustion chamber, as well as an air and ammonia mixer and its heater, a feed water line for a recovery boiler having a steam collector and a nitric acid purge column, wherein the compressor is mounted on the same shaft as a recuperative turbine, at the compressor outlet, the compressed air flow line is divided into two branches, the first branch being designed to produce nitric acid and connected first to the cooler compressed air and then with an ammonia mixer, and the second branch is designed to burn fuel and is connected to the combustion chamber of a regenerative turbine, characterized in that the unit is additionally contains an injector that is installed in front of the combustion chamber, and the nozzle of which is connected to the second branch, and a branch from the tail gas flow line is connected to the suction nozzle in the injector, a third branch is made in front of the air cooler, equipped with a control valve and connected to the tail gas flow line to injector, a centrifugal compressor is used as a compressor for compressing air in a gas turbine installation, and the centrifugal compressor and the regenerative turbine are mounted cantilever with

Description

Полезная модель относится к производству азотной кислоты, получаемой окислением аммиака кислородом воздуха и поглощением (абсорбцией) оксидов азота водой в агрегатах с единым давлением на стадиях окисления аммиака и поглощения оксидов азота. Полезная модель агрегаты может быть использована в агрегатах с единым давлением 0,7-0,9 МПа и сжатием воздуха в компрессоре, входящем в состав газотурбинной установки.The utility model relates to the production of nitric acid, obtained by the oxidation of ammonia by atmospheric oxygen and the absorption (absorption) of nitrogen oxides by water in units with uniform pressure at the stages of ammonia oxidation and absorption of nitrogen oxides. The utility model units can be used in units with a single pressure of 0.7-0.9 MPa and air compression in the compressor, which is part of the gas turbine unit.

В газотурбинной установке двигателем воздушного компрессора служит рекуперативная газовая турбина, в которой расширяются нагретые до высокой температуры отработанные хвостовые газы после стадии поглощения, причем нагрев осуществляют за счет сжигания топлива, преимущественно природного газа, в камере сгорания турбины путем смешения хвостовых газов с дымовыми газами из камеры сгорания турбины.In a gas turbine installation, a recuperative gas turbine serves as the engine of the air compressor, in which the exhaust tail gases heated to a high temperature expand after the absorption stage, the heating being carried out by burning fuel, mainly natural gas, in the turbine combustion chamber by mixing tail gases with flue gases from the chamber turbine combustion.

По патенту РФ №2248322, опублик. 20.03.2005 (прототип) известен агрегат для производства азотной кислоты из аммиака путем окисления аммиака кислородом воздуха и поглощением оксидов азота водой в агрегате с единым давлением на стадиях окисления аммиака и поглощения оксидов азота. Известный агрегат содержит аппараты окисления аммиака воздухом, поглощения оксидов азота, газотурбинную установку, включающую компрессор для сжатия воздуха и рекуперативную турбину для расширения хвостовых газов, нагретых газами из камеры сгорания топлива, а также смеситель аммиака и его подогреватель, линию питательной воды для котла-утилизатора, имеющего паросборник, и продувочную колонну азотной кислоты. В газотурбинной установке в качестве компрессора для сжатия воздуха используют осевой компрессор, установленный непосредственно на одном валу с рекуперативной турбиной, на выходе из компрессора линия потока сжатого воздуха разделена на два ответвления. Первое ответвление линии предназначено для получения азотной кислоты и связано сначала с охладителем сжатого воздуха и затем со смесителем аммиака. Второе ответвление линии предназначено для сжигания топлива и связано непосредственно с камерой сгорания рекуперативной турбины.According to the patent of the Russian Federation No. 2248322, published. 03/20/2005 (prototype), an aggregate is known for the production of nitric acid from ammonia by oxidizing ammonia with atmospheric oxygen and absorbing nitrogen oxides with water in a unit with uniform pressure at the stages of ammonia oxidation and absorption of nitrogen oxides. The known unit contains devices for the oxidation of ammonia by air, absorption of nitrogen oxides, a gas turbine unit including a compressor for compressing air and a regenerative turbine for expanding tail gases heated by gases from the fuel combustion chamber, as well as an ammonia mixer and its heater, a feed water line for a recovery boiler having a steam collector and a nitric acid purge column. In a gas turbine installation, an axial compressor installed directly on the same shaft with a regenerative turbine is used as a compressor for compressing air; at the compressor outlet, the compressed air flow line is divided into two branches. The first branch of the line is designed to produce nitric acid and is connected first with a compressed air cooler and then with an ammonia mixer. The second branch of the line is designed to burn fuel and is connected directly to the combustion chamber of a regenerative turbine.

Недостатком такого агрегата является использование осевого компрессора, который обладает большой длиной, повышенной массой и требует расположения опоры у входа в компрессор, из масляной полости которой при износе лабиринтов масло может подмешиваться в воздух, идущий в технологический цикл, а это не допустимо по причине быстрого выхода из строя дорогостоящих катализаторов и потери выработки азотной кислоты. Недостатком осевого компрессора является и отсутствие пологой части в напорной характеристике, что приводит к быстрому росту степени сжатия (изменению рабочего давления), приближению к границе помпажа при увеличении (изменении) гидравлического сопротивления весьма загруженной различным оборудованием технологической линии. Если в процессе эксплуатации требуется перейти на уменьшенную выработку азотной кислоты, то в установке с осевым компрессором невозможно это сделать с использованием, например, наиболее экономичного и эффективного средства - регулируемого входного направляющего аппарата (ВНА), потому что при его закрытии заметно будут меняться и расход и, что нежелательно, степень сжатия, т.е. рабочее давление. Сказанное хорошо иллюстрирует фиг.1, где приведены типичные напорные характеристики осевого многоступенчатого компрессора, где по оси ординат - степень сжатия, по оси абсцисс приведенный расход воздуха, а сами кривые разделены по приведенным оборотам вращения. (n=n_факт/n_расч=0,95; 1,0; 1,05). На фиг.2 приведены для наглядного сравнения аналогичные характеристики одноступенчатого центробежного компрессора с четко выраженной пологой, параллельной оси абсцисс, частью кривых. Отличительной особенностью характеристик одноступенчатых высоконапорных центробежных ступеней со степенью повышения давления π^* _к=6,5…8 является возможность регулирования производительности в широком диапазоне за счет поворота лопаток ВНА относительно номинального положения, при этом величина полного давления за ступенью и ее адиабатический КПД изменяются незначительно. На фиг.2 приведены напорные характеристики центробежной ступени агрегата при трех положениях лопаток ВНА в области основных режимов эксплуатации на частотах вращения от n=n_факт/n_расч=0,95; 1,0; 1,05. Видно, что при изменении положения лопаток ВНА в диапазоне Δφ_ВНА=-10°…+10°, производительность компрессора изменятся на 7…10% относительно исходного положения ВНА в зависимости от частоты вращения, при этом, чем выше частота вращения, тем больше изменение производительности компрессора. Изменение степени повышения давления ступени на постоянной частоте вращения (при сохранении сопротивления сети) составляет 2…2,5%, что объясняется тем, что в центробежной ступени основной вклад (более 95%) в работу - Н=U₂C_2u-U₁C_1u, где U₁, U₂ - окружные скорости на входе и на выходе соответственно, а С_1u, C_2u - проекция абсолютной скорости потока на окружное направление (фронтальное сечение) определяется выходом из колеса, а так как параметр U₂C_2u при прикрытии лопаток ВНА практически не меняется, то и степень повышения давления ступени изменяется слабо.The disadvantage of this unit is the use of an axial compressor, which has a large length, increased mass and requires a support at the compressor inlet, from the oil cavity of which, when the labyrinths are worn, the oil can be mixed into the air entering the production cycle, and this is not permissible due to the quick exit failure of expensive catalysts and loss of nitric acid production. The disadvantage of an axial compressor is the lack of a flat part in the pressure characteristic, which leads to a rapid increase in the degree of compression (change in working pressure), closer to the surge border with an increase (change) in hydraulic resistance of a production line that is very busy with various equipment. If during operation it is necessary to switch to a reduced production of nitric acid, then in an installation with an axial compressor it is impossible to do this using, for example, the most economical and effective means - an adjustable input guide vane (VNA), because when it is closed, the flow rate will also noticeably change and, which is undesirable, the compression ratio, i.e. operating pressure. The above is well illustrated by Fig. 1, where typical pressure characteristics of an axial multistage compressor are shown, where the ordinate is the compression ratio, the abscissa is the air flow rate, and the curves themselves are divided by the given rotation speed. (n = n _fact / n _calc = 0.95; 1.0; 1.05). Figure 2 shows for visual comparison the similar characteristics of a single-stage centrifugal compressor with a pronounced canopy, parallel to the abscissa axis, part of the curves. A distinctive feature of the characteristics of single-stage high-pressure centrifugal stages with a degree of pressure increase π ^* _k = 6.5 ... 8 is the ability to control performance in a wide range due to the rotation of the VNA blades relative to the nominal position, while the total pressure behind the stage and its adiabatic efficiency vary slightly. Figure 2 shows the pressure characteristics of the centrifugal stage of the unit at three positions of the VNA blades in the field of the main operating modes at rotation frequencies from n = n _fact / n _calc = 0.95; 1.0; 1.05. It can be seen that when the position of the VNA blades changes in the range Δφ _BHA = -10 ° ... + 10 °, the compressor productivity will change by 7 ... 10% relative to the initial position of the VHA depending on the speed, and the higher the speed, the greater the change compressor performance. The change in the degree of step pressure increase at a constant speed (while maintaining the network resistance) is 2 ... 2.5%, which is explained by the fact that in the centrifugal stage the main contribution (more than 95%) to the work is Н = U ₂ C _2u -U ₁ C _1u , where U ₁ , U ₂ are the peripheral velocities at the input and output, respectively, and C _1u , C _2u is the projection of the absolute flow velocity on the circumferential direction (frontal section) is determined by the exit from the wheel, and since the parameter U ₂ C _2u when covering the blades of the VHA practically does not change, then the degree of increase in the pressure of the stage varies with abo.

В осевых многоступенчатых компрессорах с такой же степенью повышения давления π^* _к=6,5…8 при регулировании ВНА относительное изменение расхода сопоставимо с относительным изменением степени повышения давления, что можно объяснить пересогласованием характеристик ступеней компрессора в сторону увеличения доли последних ступеней как наиболее чувствительных к изменению противодавления.In axial multistage compressors with the same degree of pressure increase π ^* _k = 6.5 ... 8 when regulating the VHA, the relative change in flow rate is comparable to the relative change in the degree of pressure increase, which can be explained by the inconsistency of the compressor stage characteristics in the direction of increasing the proportion of the last stages as the most sensitive to back pressure change.

Еще одним недостатком прототипа является то, что второе ответвление линии потока сжатого воздуха, предназначенное для сжигания топлива, связано с подачей воздуха непосредственно в камеру сгорания рекуперативной турбины. Такая непосредственная связь при обеспечении экономной (коэффициент избытка α=1,05) подачи столь необходимого в технологии сжатого воздуха для обеспечения устойчивого горения сопровождается высокой температурой факела и требует охлаждения стенок камеры. Эффективное и широко применяемое завесное охлаждение стенок вдувом вдоль них хладагента в конструкциях с использованием хвостового газа нецелесообразно по следующей причине. Содержание кислорода в хвостовых газах не более 4-5%, т.е. в среде хвостового газа организовать горение не возможно (как известно, критическим является для таких условий 12%). При вдуве хвостового газа даже вдоль стенок неизбежно часть природного газа, поступающего в камеру сгорания, будет захватываться хвостовым газом, идущим на такое завесное охлаждение, при этом в процессе эксплуатации и. особенно на запуске газотурбинной установки, зачастую наблюдается догорание этой унесенной части природного газа далеко за факелом и даже в зоне рекуперативной турбины, что приводит к ее повреждению и даже прогарам и обрывам лопаток. Для снижения температуры факела и уменьшения теплового воздействия на стенки камеры сгорания можно, предварительно смешав с природным газом, подать в зону горения еще порцию воздуха, достичь α=2…2,5, как это делают в классических энергетических и транспортных ГТУ. Однако такая подача дополнительного воздуха для снижения температуры в зоне горения в рассматриваемой газотурбинной установке неэкономична, ибо этот воздух отбирается на собственные нужды турбокомпрессора, а не по прямому назначению - созданию продукта, каковым является азотная кислота.Another disadvantage of the prototype is that the second branch of the compressed air flow line, designed to burn fuel, is connected with the air supply directly to the combustion chamber of the regenerative turbine. Such a direct connection, while providing an economical (excess coefficient α = 1.05) supply of compressed air so necessary in the technology to ensure stable combustion, is accompanied by a high flame temperature and requires cooling of the chamber walls. Efficient and widely used curtain cooling of the walls by blowing refrigerant along them in structures using tail gas is not practical for the following reason. The oxygen content in the tail gases is not more than 4-5%, i.e. it is not possible to organize combustion in a tail gas medium (as is known, 12% is critical for such conditions). When the tail gas is injected even along the walls, part of the natural gas entering the combustion chamber will inevitably be captured by the tail gas, which goes to such a curtain cooling, and during operation it will. especially at the start of a gas turbine installation, the burning of this part of the natural gas is often observed far beyond the torch and even in the area of the regenerative turbine, which leads to its damage and even burnouts and cliff blades. To reduce the temperature of the torch and reduce the thermal effect on the walls of the combustion chamber, it is possible, after mixing with natural gas, to add another portion of air to the combustion zone, to achieve α = 2 ... 2.5, as is done in classical energy and transport gas turbines. However, such a supply of additional air to reduce the temperature in the combustion zone in the gas turbine unit under consideration is uneconomical, because this air is taken out for the turbocompressor’s own needs, and not for its intended purpose - to create a product such as nitric acid.

Техническим результатом заявляемой полезной модели является обеспечение более высокой надежности в широком диапазоне работы ТК.The technical result of the claimed utility model is to provide higher reliability in a wide range of TC operation.

Технический результат в агрегате для производства азотной кислоты из аммиака путем окисления аммиака кислородом воздуха и поглощением оксидов азота водой в агрегате с единым давлением на стадиях окисления аммиака и поглощения оксидов азота, содержащем аппараты окисления аммиака воздухом, поглощения оксидов азота, газотурбинную установку, включающую компрессор для сжатия воздуха и рекуперативную турбину для расширения хвостовых газов, нагретых газами из камеры сгорания топлива, а также смеситель аммиака и его подогреватель, линию питательной воды для котла-утилизатора, имеющего паросборник, и продувочную колонну азотной кислоты, при этом компрессор установлен на одном валу с рекуперативной турбиной, на выходе из компрессора линия потока сжатого воздуха разделена на два ответвления, причем первое ответвление предназначено для получения азотной кислоты и связано сначала с охладителем сжатого воздуха и затем со смесителем аммиака, а второе ответвление предназначено для сжигания топлива и связано с камерой сгорания рекуперативной турбины, достигается тем, что агрегат дополнительно содержит инжектор, который установлен перед камерой сгорания и сопло которого соединено со вторым ответвлением, а к патрубку всаса в инжектор подсоединен отвод от линии потока хвостового газа, перед воздухоохладителем выполнено третье ответвление, оснащенное регулирующим клапаном и соединенное с линией потока хвостового газа до отвода на инжектор, в качестве компрессора для сжатия воздуха в газотурбинной установке используют центробежный компрессор, причем центробежный компрессор и рекуперативная турбина установлены консольно с подшипниковым узлом между ними, для исключения утечки масла из которого в газовоздушный тракт расположены лабиринты, образующие предмасляную полость, наддуваемую воздухом из второго инжектора, сопло которого соединено с линией потока сжатого воздуха по четвертому ответвлению, а патрубок всаса в инжектор соединен с отводом от воздуховода к компрессору, у которого перед рабочим колесом установлен регулируемый входной направляющий аппарат, участвующий в управлении расходом воздуха по первому ответвлению.The technical result in the unit for the production of nitric acid from ammonia by oxidation of ammonia with atmospheric oxygen and absorption of nitrogen oxides by water in a unit with a single pressure at the stages of ammonia oxidation and absorption of nitrogen oxides containing apparatus for the oxidation of ammonia by air, absorption of nitrogen oxides, a gas turbine unit including a compressor for air compression and a regenerative turbine for expanding tail gases heated by gases from the fuel combustion chamber, as well as an ammonia mixer and its heater, a feed line water for the recovery boiler having a steam collector and a nitric acid purge column, the compressor being mounted on the same shaft as a recuperative turbine; at the compressor outlet, the compressed air flow line is divided into two branches, the first branch being designed to produce nitric acid and connected first with a compressed air cooler and then with an ammonia mixer, and the second branch is designed to burn fuel and is connected to the combustion chamber of a regenerative turbine, it is achieved by the fact that additionally contains an injector, which is installed in front of the combustion chamber and whose nozzle is connected to the second branch, and a branch from the tail gas flow line is connected to the suction nozzle in the injector, a third branch is made in front of the air cooler, equipped with a control valve and connected to the tail gas flow line to the branch to injector, a centrifugal compressor is used as a compressor for compressing air in a gas turbine installation, and a centrifugal compressor and a regenerative turbine are installed cantilever with a bearing assembly between them, to prevent oil leakage from which labyrinths are located that form a pre-oil cavity pressurized by air from the second injector, the nozzle of which is connected to the compressed air flow line through the fourth branch, and the suction pipe to the injector is connected to the outlet from air duct to the compressor, in which an adjustable inlet guide apparatus is installed in front of the impeller, which is involved in controlling the air flow in the first branch.

На фиг.3-6 показан пример конкретного выполнения, который иллюстрирует сущность заявляемого технического решения, возможность технической реализации и достижение заявляемого технического результата.Figure 3-6 shows an example of a specific implementation, which illustrates the essence of the claimed technical solution, the possibility of technical implementation and the achievement of the claimed technical result.

На фиг.3 показана схема заявляемого агрегата. Агрегат включает фильтр атмосферного воздуха 1, центробежный воздушный компрессор 2, воздухоохладитель 3, смеситель 4, контактный аппарат 5, котел-утилизатор 6, имеющий паросборник 7, камеру сгорания топлива 8, связанную с рекуперативной турбиной 9, подогреватель хвостовых газов 10, реактор каталитической очистки 11, холодильник-конденсатор 12, абсорбционную колонну 13, продувочную колонну 14, подогреватель газообразного аммиака 15.Figure 3 shows a diagram of the inventive unit. The unit includes an atmospheric air filter 1, a centrifugal air compressor 2, an air cooler 3, a mixer 4, a contact apparatus 5, a waste heat boiler 6 having a steam collector 7, a fuel combustion chamber 8 connected to a regenerative turbine 9, a tail gas heater 10, and a catalytic cleaning reactor 11, a condenser-condenser 12, an absorption column 13, a purge column 14, an ammonia gas heater 15.

На фиг.4 представлен увеличенный фрагмент из схемы на фиг.3, где показаны инжектор к камере сгорания 16, на втором ответвлении 28, инжектор наддува 17 на четвертом ответвлении 31, регулирующий клапан 18 на третьем ответвлении 30, обратный клапан 19, предмасляная полость 20, отвод 29 хвостового газа и отвод 32 от воздуховода.Figure 4 presents an enlarged fragment of the circuit in figure 3, which shows the injector to the combustion chamber 16, on the second branch 28, the boost injector 17 on the fourth branch 31, the control valve 18 on the third branch 30, the check valve 19, pre-oil cavity 20 , tail gas outlet 29 and outlet 32 from the duct.

На фиг.5 приведен элемент конструкции опоры с наддувом предмасляной полости 20 из инжектора наддува 17 и консольно расположенного центробежного колеса 2, лабиринты 21 и подшипники 22.Figure 5 shows a structural element of a support with a supercharged pre-oil cavity 20 from a boost injector 17 and a cantilever centrifugal wheel 2, mazes 21 and bearings 22.

На фиг.6 показан продольный разрез камеры сгорания с указанием потоков рабочих сред, где показаны: патрубок 23 камеры сгорания подачи смеси воздуха и хвостового газа от инжектора 16; патрубок 24 подачи хвостового газа; трубопровод 25 подачи топлива; запальник 26; отверстия 27 для подачи хвостового газа в зону смешения.Figure 6 shows a longitudinal section of the combustion chamber indicating the flow of the working medium, which shows: the pipe 23 of the combustion chamber supplying a mixture of air and tail gas from the injector 16; tail gas supply pipe 24; fuel supply pipe 25; igniter 26; openings 27 for supplying tail gas to the mixing zone.

Агрегат работает следующим образом. Атмосферный воздух, проходя через фильтр 1, (см. фиг.3-4) поступает на всасывание осевого воздушного центробежного компрессора 2, где его сжимают, причем сжатие до конечного единого давления осуществляют непрерывно в одну ступень сжатия, после чего сжатый и тем самым нагретый воздух делят на два потока, один из которых, предназначенный, для получения азотной кислоты, направляют на охлаждение, например, в воздухоохладитель 3 и далее смешивают с аммиаком в смесителе 4, а другой - подают второму ответвлению 28 в инжектор 16, к патрубку всаса которого подсоединен отвод 29 от линии потока хвостового газа, смесь воздуха и хвостового газа из инжектора 16 поступает в патрубок 23 камеры сгорания (фиг.6) и далее в горелку, куда подается топливо по трубопроводу 25, на выходе из которого установлен запальник 26. Основная часть хвостового газа поступает в камеру сгорания по патрубку 24, проходит с наружной стороны стенки камеры сгорания, охлаждая ее, и смешивается с продуктами сгорания через отверстия 27, перед воздухоохладителем выполнено третье ответвление 30 (фиг.4), оснащенное регулирующим открывающимся на запуске и на частичных режимах клапаном 18, соединенное с линией потока хвостового газа между отводом 29, идущим на инжектор 16, и клапаном 19, что обеспечивает при работе с открытым клапаном 18 и перекрытым обратным клапаном 19, надежную работу камеры сгорания за счет подсоса в инжектор 16 на этом режиме. В качестве компрессора для сжатия воздуха в газотурбинной установке используют центробежный компрессор 2, расположенный, как и рекуперативная турбина, консольно с подшипниковым узлом 22 (фиг.5) посередине между ними, находящемся в масляной полости, отсеченной от сжатого воздуха и входящего в турбину нагретого газа лабиринтами 21, образующими предмасляную полость 20 для ее наддува воздухом из второго инжектора 17, сопло которого соединено с линией потока сжатого воздуха по четвертому ответвлению 31. Патрубок всаса в инжектор 17 соединен с отводом 32 от воздуховода к компрессору, у которого перед рабочим колесом установлен регулируемый входной направляющий аппарат, участвующий в управлении расходом воздуха по первому ответвлению.The unit operates as follows. Atmospheric air passing through the filter 1 (see Figs. 3-4) enters the suction of the axial air centrifugal compressor 2, where it is compressed, and compression to the final uniform pressure is carried out continuously in one compression stage, after which it is compressed and thereby heated the air is divided into two streams, one of which, designed to produce nitric acid, is sent for cooling, for example, to the air cooler 3 and then mixed with ammonia in the mixer 4, and the other is fed to the second branch 28 into the injector 16, to the suction pipe of whichthe outlet 29 is connected from the tail gas flow line, the mixture of air and tail gas from the injector 16 enters the pipe 23 of the combustion chamber (Fig. 6) and then to the burner, where fuel is supplied through the pipe 25, at the outlet of which an ignitor 26 is installed. The main part tail gas enters the combustion chamber through the pipe 24, passes from the outside of the wall of the combustion chamber, cooling it, and mixes with the combustion products through the openings 27, a third branch 30 (Fig. 4) equipped with a control opening is made in front of the air cooler I at start-up and in partial modes, valve 18, connected to the tail gas flow line between the outlet 29 going to the injector 16 and valve 19, which ensures reliable operation of the combustion chamber due to suction when working with open valve 18 and closed check valve 19 to injector 16 in this mode. As a compressor for compressing air in a gas turbine installation, a centrifugal compressor 2 is used, which is located, like a regenerative turbine, cantilever with a bearing assembly 22 (Fig. 5) in the middle between them, located in an oil cavity, cut off from the compressed air and heated gas entering the turbine labyrinths 21, forming a pre-oil cavity 20 for its pressurization with air from the second injector 17, the nozzle of which is connected to the compressed air flow line through the fourth branch 31. The suction pipe into the injector 17 is connected to the outlet 32 m from the duct to the compressor in which the front of the impeller is set variable inlet guide vanes involved in the management of air flow over the first branch.

Заявляемые отличительные признаки полезной модели в совокупности с известными признаками позволяют получить более высокую надежность на всех режимах работы газотурбинной установки за счет следующих факторов.The claimed distinctive features of the utility model in combination with the known features allow to obtain higher reliability in all operating modes of a gas turbine installation due to the following factors.

Заявляемый агрегат имеет второе ответвление по линии сжатого воздуха, идущего в камеру сгорания, инжектора, который свой кинетической энергией обеспечивает подсос части хвостового газа (примерно половина от расхода воздуха), что позволяет снизить температуру факела на 300-400°С, значительно уменьшив тепловое воздействие на стенки камеры сгорания и позволив организовать для них только конвективное охлаждение без вдува хвостового газа до зоны его смешения со сгоревшим газом. Тем самым исключена возможность догорания за факелом, что особенно важно в рекуперативной турбине. Реализовать эффективный инжектор позволило создание нестандартных для обычных ГТУ потерь давления закомпрессорного воздуха до входа его в камеру сгорания, а именно, потери в технологическом цикле производства азотной кислоты составляют величину в 0,15…0,2 МПа, обеспечивающую достаточный перепад для работы сопла инжектора. Постановка третьего ответвления с регулирующим клапаном позволила сохранить надежность конструкции камеры сгорания, в первую очередь на запуске и работе на холостом ходу, когда хвостовые газы еще не поступают в камеру сгорания, и технологическая линия отсоединена отсечными и обратными клапанами от байпасной линии, работающей на указанных режимах газотурбинной установки. Поэтому третье ответвление с линией потока хвостовых газов выполнено между обратным клапаном и отводом на инжектор, стоящий перед камерой сгорания. Достигнутые в настоящее время успехи в проектировании и создании одноступенчатых высокооборотных и высоконапорных центробежных компрессоров со степенью сжатия в одной ступени от 7 до 12, с достаточно высоким коэффициентом полезного действия на уровне 81-83% позволили, применив его в предлагаемой газотурбинной установке, получить преимущества по надежности. Во-первых, несравнимо меньшие по длине габариты центробежного колеса позволили выполнить консольную схему размещения относительно опоры, что позволило полностью исключить попадание масла в технологический цикл и сделать ротор «жестким». Кроме того, между компрессором и турбиной выполнена опора, а конструктивно масляная полость отделена системой лабиринтов и организована предмасляная полость, куда подают воздух для наддува. Благодаря этому, даже на запуске и выбеге исключены полностью потери масла. В баке маслосистемы, на сливе создается небольшое разрежение, а на наддув предмасляной полости подают воздух из второго инжектора, причем на сопло инжектора подают в малом количестве сжатый воздух по четвертому ответвлению, а подсасывается очищенный в воздухоочистительном устройстве воздух, поступающий со входа в компрессор. Как показано выше, центробежная ступень компрессора имеет иной вид напорных характеристик, а постановка перед ней ВНА позволяет не только, как в классических ВНА осевых компрессоров, переходить в область большей газодинамической устойчивости, особенно при работе на запуске и переходных режимах, и эффективно управлять расходам воздуха, идущего в технологический цикл, без заметного изменения степени сжатия или рабочего давления сжатого воздуха, идущего по первому ответвлению на производство азотной кислоты.The inventive unit has a second branch along the line of compressed air going into the combustion chamber, an injector, which provides its kinetic energy for the suction of part of the tail gas (about half of the air flow), which allows to reduce the flame temperature by 300-400 ° C, significantly reducing the thermal effect on the walls of the combustion chamber and allowing them to organize only convective cooling without blowing the tail gas to the zone of its mixing with the burnt gas. This eliminates the possibility of burning out after the torch, which is especially important in a regenerative turbine. Implementing an effective injector made it possible to create non-standard pressure losses for the compressor gas before it enters the combustion chamber, namely, losses in the technological cycle of nitric acid production are 0.15 ... 0.2 MPa, which provides a sufficient differential for the operation of the injector nozzle. The installation of the third branch with a control valve made it possible to maintain the reliability of the design of the combustion chamber, primarily at start-up and idling, when tail gases have not yet entered the combustion chamber, and the production line is disconnected by shut-off and non-return valves from the bypass line operating in these modes gas turbine installation. Therefore, a third branch with a tail gas flow line is made between the non-return valve and the outlet to the injector facing the combustion chamber. The successes achieved in the design and creation of single-stage high-speed and high-pressure centrifugal compressors with a compression ratio in one stage from 7 to 12, with a sufficiently high efficiency at the level of 81-83% allowed using it in the proposed gas turbine installation to obtain advantages by reliability. First, the dimensions of the centrifugal wheel, which are incomparably smaller in length, made it possible to carry out a cantilever arrangement with respect to the support, which completely eliminated the ingress of oil into the technological cycle and made the rotor “rigid”. In addition, a support is made between the compressor and the turbine, and structurally the oil cavity is separated by a system of labyrinths and a pre-oil cavity is organized, where air is supplied for boosting. Due to this, even at start-up and coast, oil losses are completely eliminated. In the oil system tank, a small vacuum is created on the drain, and air from the second injector is supplied to the pre-oil cavity, and compressed air is supplied to the nozzle of the injector in a small amount through the fourth branch, and the air purified from the compressor inlet is sucked in. As shown above, the centrifugal stage of the compressor has a different type of pressure characteristics, and setting the BHA in front of it allows not only, as in classical BHA axial compressors, to move into the region of greater gas-dynamic stability, especially during start-up and transient operation, and effectively control air flow going into the technological cycle, without a noticeable change in the degree of compression or working pressure of compressed air going through the first branch to the production of nitric acid.

Claims

A unit for the production of nitric acid from ammonia by oxidizing ammonia with atmospheric oxygen and absorbing nitrogen oxides with water in a unit with a single pressure at the stages of ammonia oxidation and absorption of nitrogen oxides, containing devices for the oxidation of ammonia by air, absorption of nitrogen oxides, a gas turbine unit including a compressor for compressing air and a regenerative turbine for expanding tail gases heated by gases from the fuel combustion chamber, as well as an air and ammonia mixer and its heater, a feed water line for a recovery boiler having a steam collector and a nitric acid purge column, wherein the compressor is mounted on the same shaft as a recuperative turbine, at the compressor outlet, the compressed air flow line is divided into two branches, the first branch being designed to produce nitric acid and connected first to the cooler compressed air and then with an ammonia mixer, and the second branch is designed to burn fuel and is connected to the combustion chamber of a regenerative turbine, characterized in that the unit is additionally contains an injector that is installed in front of the combustion chamber, and the nozzle of which is connected to the second branch, and a branch from the tail gas flow line is connected to the suction nozzle in the injector, a third branch is made in front of the air cooler, equipped with a control valve and connected to the tail gas flow line to injector, a centrifugal compressor is used as a compressor for compressing air in a gas turbine installation, and the centrifugal compressor and the regenerative turbine are mounted cantilever with with a bearing assembly between them, to prevent oil leakage from which labyrinths are located that form a pre-oil cavity pressurized by air from the second injector, the nozzle of which is connected to the compressed air flow line through the fourth branch, and the suction pipe to the injector is connected to the outlet from the air duct to a compressor that has an adjustable inlet guide vane in front of the impeller, which is involved in controlling the air flow in the first branch.