RU2061888C1

RU2061888C1 - Gas-turbine plant

Info

Publication number: RU2061888C1
Authority: RU
Inventors: С.В. Жарков
Original assignee: Сибирский энергетический институт СО РАН
Priority date: 1992-06-16
Filing date: 1992-06-16
Publication date: 1996-06-10

Abstract

FIELD: gas-turbine engineering. SUBSTANCE: centrifugal forces kick out products of combustion of a solid fuel that flow out of nozzle-jet turbine 5 to the walls of slag catching chamber 9. The slag particles are separated. Turbine 5 can drive compressor or generator. EFFECT: enhanced efficiency. 2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к газотурбинным энергетическим установкам. The invention relates to gas turbine power plants.

Известна газотурбинная установка, содержащая кинематически связанные компрессор с рабочими и направляющими лопатками, расположенными соответственно на его роторе и статоре, и реактивную турбину с выполненным в виде тела вращения корпусом и установленными тангенциально на его периферийной поверхности реактивными соплами, расположенную в полости турбины камеру сгорания и сообщенный с ней топливопровод (патент США N 4006591. М. кл. F 02 C 3(14). A gas turbine installation is known comprising kinematically connected compressor with working and guide vanes located respectively on its rotor and stator, and a jet turbine with a body made in the form of a body of revolution and jet nozzles mounted tangentially on its peripheral surface, a combustion chamber located in the turbine cavity and communicated with her fuel line (US patent N 4006591. M. CL F 02 C 3 (14).

Предлагается в установке, содержащей кинематически связанные компрессор с рабочими и направляющими лопатками, расположенными соответственно на его роторе и статоре, и реактивную турбину с выполненным в виде тела вращения корпусом и установленными тангенциально на его периферийной поверхности реактивными соплами, расположенную в полости турбины камеру сгорания и сообщенный с ней топливопровод, компрессор выполнить осевым, причем статор компрессора размещен внутри ротора компрессора, топливопровод размещен внутри статора компрессора и выполнен открытым в камеру сгорания, а камера сгорания расположена в центральной части турбины. It is proposed in an installation containing kinematically connected compressor with working and guide vanes located respectively on its rotor and stator, and a jet turbine with a body made in the form of a body of revolution and reactive nozzles mounted tangentially on its peripheral surface, a combustion chamber located in the turbine cavity and communicated with it, the fuel line, the compressor is axial, and the compressor stator is located inside the compressor rotor, the fuel pipe is placed inside the compressor stator and it is made open to the combustion chamber, and the combustion chamber is located in the central part of the turbine.

Это позволяет:
1) обеспечить раздельную подачу топлива и воздуха в камеру сгорания с соответствующим повышением безопасности работы установки по сравнению с прототипом, где компрессор сжимает топливовоздушная смесь и существует риск преждевременного воспламенения последней за счет теплоты сжатия и/или проскока пламени из камеры сгорания; кроме того, появляется возможность использовать твердое и тяжелое жидкое топливо;
2) интенсифицировать происходящие в камере сгорания процессы тепломассобмена за счет турбулентных вихрей, образующихся при взаимодействии имеющих различные скорости (прежде всего вращательные) потоков топлива, воздуха и продуктов сгорания (последние, как обладающие высокой температурой и, соответственно, низкой плотностью при вращении, будут вытесняться к центру камеры сгорания, т. е. к выходу топливопровода), что обеспечит надежное воспламенение и высокую степень выгорания топлива, а также высокую объемную топливную нагрузку топочного объема. Это дает возможность использовать в установке забалластированное топливо: низкокалорийные газы, низкосортные угли, водотопливные суспензии и эмульсии;
3) исключить узел уплотнения между вращающимся ротором и установки и проходящим в его центр неподвижным топливопроводом, поскольку зазор между ними используется в качестве проточной части осевого компрессора. Этим повышается надежность и эффективность работы установки, упрощается ее конструкция;
4) использовать топливо для охлаждения сжимаемого в компрессоре воздуха (через направляющие лопатки, с которыми может быть связан топливопровод, например, прямым контактом или посредством тепловых труб) с целью снижения работы сжатия, при этом отводимая теплота используется для предварительного подогрева топлива, поступающего затем в камеру сгорания.This allows:
1) to provide a separate supply of fuel and air to the combustion chamber with a corresponding increase in the safety of the installation compared to the prototype, where the compressor compresses the air-fuel mixture and there is a risk of premature ignition of the latter due to the heat of compression and / or leakage of the flame from the combustion chamber; in addition, it becomes possible to use solid and heavy liquid fuels;
2) to intensify heat and mass transfer processes occurring in the combustion chamber due to turbulent vortices generated during the interaction having different speeds (primarily rotational) of the flow of fuel, air and combustion products (the latter, as having a high temperature and, accordingly, low density during rotation, will be displaced to the center of the combustion chamber, i.e., to the exit of the fuel line), which will provide reliable ignition and a high degree of fuel burnout, as well as a high volumetric fuel load of the furnace volume. This makes it possible to use ballasted fuel in the installation: low-calorie gases, low-grade coals, water-fuel suspensions and emulsions;
3) to exclude the seal assembly between the rotating rotor and the installation and the stationary fuel line passing into its center, since the gap between them is used as the flow part of the axial compressor. This increases the reliability and efficiency of the installation, simplifies its design;
4) use fuel to cool the air compressed in the compressor (through guide vanes, to which the fuel line can be connected, for example, by direct contact or through heat pipes) in order to reduce the compression work, while the heat removed is used to preheat the fuel, which then enters combustion chamber.

Возможно также снабжение установки пылеулавливающей камерой, охватывающей выходы реактивных сопел, что позволит сепарировать частицы пыли, сажи, золы и жидкого шлака из продуктов сгорания топлива и, таким образом, снизить загрязнение атмосферы и эрозию проточной части осевой турбины (если таковая имеется), расположенной в газовом тракте за реактивной турбиной. It is also possible to supply the installation with a dust-collecting chamber, covering the exits of the jet nozzles, which will allow separating particles of dust, soot, ash and liquid slag from the fuel combustion products and, thus, reducing atmospheric pollution and erosion of the flow part of the axial turbine (if any) located in gas path behind the jet turbine.

На фиг. 1 изображен один из возможных вариантов выполнения и использования предлагаемой установки. Здесь она встроена в обычную газотурбинную установку в виде выносной камеры сгорания (газогенератора) для сжигания угля с сепарацией жидкого шлака. Станция содержит компрессор 1, камеру сгорания (полного или неполного, т.е. газификация) угля 2, осевую турбину 3, связанную с генератором 4, а также турбину 5 с реактивными соплами 6, через горловину которой проходит неподвижный топливопровод 7. Причем часть турбины 5 расположена внутри пыле(шлако)улавливающей камеры 8, а камера 2 расположена в полости турбины 5. Турбина 5 соединена (или выполнена за одно целое) с ротором дожимающего компрессора 9, который опирается на корпус установки через подшипник скольжения 10. Направляющие лопатки 11 компрессора 9 размещены на топливопроводе 7, а рабочие лопатки 12 на корпусе турбины 5. In FIG. 1 shows one of the possible options for implementation and use of the proposed installation. Here it is built into a conventional gas turbine plant in the form of an external combustion chamber (gas generator) for burning coal with the separation of liquid slag. The station contains a compressor 1, a combustion chamber (full or incomplete, i.e. gasification) of coal 2, an axial turbine 3 connected to a generator 4, and also a turbine 5 with jet nozzles 6, through which a stationary fuel line 7 passes. 5 is located inside the dust (slag) of the capture chamber 8, and the chamber 2 is located in the cavity of the turbine 5. The turbine 5 is connected (or made in one piece) with the rotor of the booster compressor 9, which is supported on the housing through the sliding bearing 10. The guide vanes 11 of the compressor 9 and placed in the fuel line 7, and the blades 12 of the turbine housing 5.

Работает станция следующим образом. The station operates as follows.

Атмосферный воздух сжимается компрессором 1, затем дожимается компрессором 10 и подается в камеру сгорания 2, где сжигается твердое топливо, которое поступает по топливопроводу 7. Причем температура в камере 2 поддерживается выше температуры плавления шлака. Нагретые рабочие газы, включающие частицы шлака, из камеры 2 турбины 5 через сопла 6 последней истекают в пространство шлакоулавливающей камеры 9. При этом возникающими реактивными силами турбина 5 приводится во вращение, а продукты сгорания центробежными силами отбрасываются на стенки камеры 9. Газы, как обладающие малой инерцией, быстро затормаживаются, а частицы шлака пролетают сквозь газ и попадают на стенки камеры 9. Затем шлак стекает вниз и удаляется из камеры 9. Очищенный от шлака газ отводится на турбину 3, где он расширяется до атмосферного давления. Снимаемая с турбин 5 и 3 механическая энергия используется для привода соответственно компрессора 10 и компрессора 1 с генератором 4. Atmospheric air is compressed by compressor 1, then pressurized by compressor 10 and fed to combustion chamber 2, where solid fuel is burned, which enters through fuel line 7. Moreover, the temperature in chamber 2 is maintained above the slag melting temperature. Heated working gases, including slag particles, from the chamber 2 of the turbine 5 through the nozzles 6 of the latter flow into the space of the slag-collecting chamber 9. In this case, the turbine 5 is rotated by the arising reactive forces, and the products of combustion are centrifuged by force and are thrown onto the walls of the chamber 9. Gases, as having low inertia, they quickly brake, and the slag particles fly through the gas and fall on the walls of the chamber 9. Then, the slag flows down and is removed from the chamber 9. The gas purified from the slag is discharged to the turbine 3, where it expands to the atmosphere polar pressure. The mechanical energy removed from turbines 5 and 3 is used to drive compressor 10 and compressor 1 with generator 4, respectively.

Установка может также использоваться в качестве топки паровых и водогрейных котлов. The installation can also be used as a furnace of steam and hot water boilers.

Claims

1. A gas turbine installation comprising kinematically connected compressor with working and guide vanes and a jet turbine with a body made in the form of a body of revolution and reactive nozzles mounted tangentially on its peripheral surface, a combustion chamber located in the turbine cavity and a fuel pipe connected to it, characterized in that the compressor is axial, the compressor blades are located on the turbine housing, the guide vanes on the fuel line, the latter being located inside the compressor and is made open to the combustion chamber, and the combustion chamber is located in the central part of the turbine cavity.

2. Installation according to claim 1, characterized in that it is equipped with a dust chamber covering the outlets of the jet nozzles.