RU158189U1 - Газотурбинная установка - Google Patents

Abstract

Газотурбинная установка, содержащая турбину, соединённую с компрессором, связанным с камерой сгорания, которая окружена термохимическим реактором и связана с ним, а термохимический реактор соединён с парогенератором, при этом к камере сгорания и к термохимическому реактору подключена топливная магистраль, к парогенератору подсоединён водяной насос, в компрессор подаётся воздух, а турбина связана с электрогенератором, отличающаяся тем, что введён сепаратор, связанный с парогенератором и с термохимическим реактором, при этом из сепаратора выходит в атмосферу азот.

Description

Полезная модель относится к области двигателей, в частности, к газотурбинным установкам, использующим продукты сгорания в качестве рабочего тела. Может быть применена в конструкциях транспортной и стационарной энергетики.

Известна газотурбинная силовая установка (Полезная модель №28513, №заявки 2001114786, МПК 7, F02C 1/00, приоритет от 29.05.2001). Она содержит камеру сгорания и компрессор для подачи в нее воздуха. Выход ее соединен с турбиной. Соосно турбине установлен теплообменник, сообщающийся с внешней средой. Паровой котел сообщается с выходом турбины и с насосом для подачи воды, а выходы парового котла для охлажденного газа и пара соединены со входом парогазового эжектора. При этом насос для подачи воды подсоединен к редуктору. Предложенная схема газотурбинной силовой установки позволяет увеличить ее полезную мощность и исключает возможность самовоспламенения. Однако утилизация тепла выхлопных газов обеспечивается не достаточно.

Известна также газотурбинная система, являющаяся частью системы с комбинированным циклом. (Заявка №2013125143, МПК F02C 7/00, приоритет 30.05.2013). Система содержит компрессор, камеру сгорания, турбину и вентилятор, создающий воздушные потоки, которые распределяются между компрессором и другими потребителями. Имеется система воздушного охлаждения, расположенная между вентилятором и компрессором, а также теплоутилизационный парогенератор и отклоняющий элемент переменной геометрии, расположенный между вентилятором и теплоутилизационным парогенератором.

Последний продувается частью воздушного потока, создаваемого вентилятором. Другая часть воздушного потока направляется в компрессор, за счет чего увеличивается выходная мощность газотурбинной системы. Однако тепло, уходящее в атмосферу через стенки камеры сгорания, не утилизируется, что снижает КПД газотурбинной установки. Кроме того, система громоздка и сложна в эксплуатации.

Из всех известных систем газотурбинная установка с термохимическим реактором и с впрыском пара (патент на полезную модель №43917, МПК 7 F02C 3/00, приоритет 09.08.2004) по максимальному количеству сходных существенных признаков и по результату ее использования принимается за прототип.

Прототип содержит связанные между собой турбину и компрессор, а также последовательно соединенные парогенератор, термохимический реактор и камеру сгорания. Последняя связана с турбиной, соединенной с термохимическим реактором и с парогенератором. К камере сгорания подключена топливная магистраль. Камера сгорания снабжена специальной рубашкой охлаждения, выполненной в виде термохимического реактора, связанного с топливной магистралью, с парогенератором и с камерой сгорания.

В прототипе углеводородное топливо от топливной магистрали подается в камеру сгорания. Часть углеводородного топлива подается в термохимический реактор и в термохимический реактор рубашки охлаждения. Туда же впрыскивается пар от парогенератора. Горячие выхлопные газы, которые охлаждаются в термохимическом реакторе и парогенераторе, отдавая им свое тепло, выбрасываются в атмосферу. Благодаря наличию термохимических реакторов происходит интенсификация процессов теплообмена. Однако в атмосферу выбрасывается ряд полезных веществ, а с ними и часть ранее не утилизируемого тепла, что снижает эффективность работы газотурбинной установки.

Задача, решение которой осуществляет заявляемая полезная модель, заключается в усилении теплопоглощения и увеличении количества получаемого водорода за счет проведения дополнительной термохимической реакции, а также в экономии воды.

Сущность заявляемого технического решения выражается в следующей совокупности существенных признаков, необходимых и достаточных для достижения технического результата.

Как и прототип, заявляемая газотурбинная установка содержит связанные между собой компрессор и турбину, соединенную с парогенератором и с камерой сгорания. Камера сгорания окружена рубашкой охлаждения, представляющей собой термохимический реактор, связанный, в свою очередь, с камерой сгорания и с парогенератором. При этом парогенератор соединен с водяным насосом, а турбина - с электрогенератором.

В отличие от прототипа, заявляемая газотурбинная установка снабжена сепаратором, связанным с термохимическим реактором и с парогенератором. Из сепаратора в атмосферу выходит азот.

Сущность заявляемого технического решения поясняется рисунком, где изображена схема полезной модели.

Полезная модель выполнена следующим образом. Газотурбинная установка содержит турбину 1, соединенную с компрессором 2, связанным с камерой сгорания 3. Камера сгорания 3 окружена термохимическим реактором 4 и соединена с парогенератором 5. Дополнительно введенный сепаратор 6 связан с парогенератором 5 и термохимическим реактором 4. Топливная магистраль подключена к камере сгорания 3 и термохимическому реактору 4. Водяной насос подсоединен к парогенератору 5. Электрогенератор 7 связан с турбиной 1. Воздух подается в компрессор 2.

Заявляемая газотурбинная установка обеспечивает получение технического результата следующим образом. От топливной магистрали в камеру сгорания 3 подается углеводородное топливо. Продуктами полного сгорания углеводородного топлива являются пары воды H₂O, углекислый газ CO₂ и азот N₂ воздуха. Эти газы и пары, совершив работу в турбине 1 и отдав часть своего тепла в парогенераторе 5, поступают в сепаратор 6, где азот отделяется от паров воды и углекислого газа и выбрасывается в атмосферу. Пары воды и углекислый газ подаются в термохимический реактор 4, где идут две эндотермические реакции. Первая - это паровая конверсия углеводородного топлива, как в прототипе

aCnHm+bH₂O→cH₂+dCO

Вторая - дополнительная реакция углекислотной конверсии топлива

eCnHm+fCO₂→gH₂+kCO,

Она обладает большим эндотермическим эффектом по сравнению с первой, а также является новым источником водорода. Вода, поступающая в термохимический реактор 4 из сепаратора 6, позволяет уменьшить количество воды, идущей из парогенератора 5 для проведения реакции паровой конверсии топлива в термохимическом реакторе 4.

Таким образом, положительный эффект заключается в увеличении термического КПД газотурбинной установки за счет проведения двух эндотермических реакций в термохимическом реакторе 4, утилизирующем тепловые потери камеры сгорания 3, в дальнейшем повышении энергетических и экологических характеристик горения в результате подачи дополнительного количества водорода в камеру сгорания 3, а также в экономии воды. Кроме того, по сравнению с прототипом используется один термохимический реактор 4, что упрощает схему газотурбинной установки.

Claims (1)

1. Газотурбинная установка, содержащая турбину, соединённую с компрессором, связанным с камерой сгорания, которая окружена термохимическим реактором и связана с ним, а термохимический реактор соединён с парогенератором, при этом к камере сгорания и к термохимическому реактору подключена топливная магистраль, к парогенератору подсоединён водяной насос, в компрессор подаётся воздух, а турбина связана с электрогенератором, отличающаяся тем, что введён сепаратор, связанный с парогенератором и с термохимическим реактором, при этом из сепаратора выходит в атмосферу азот.

   

Images