RU2088774C1 - Способ работы газотурбинной установки и установка для его осуществления - Google Patents
Способ работы газотурбинной установки и установка для его осуществления Download PDFInfo
- Publication number
- RU2088774C1 RU2088774C1 RU93057544A RU93057544A RU2088774C1 RU 2088774 C1 RU2088774 C1 RU 2088774C1 RU 93057544 A RU93057544 A RU 93057544A RU 93057544 A RU93057544 A RU 93057544A RU 2088774 C1 RU2088774 C1 RU 2088774C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- water
- air
- exhaust gases
- combustion chamber
- steam
- Prior art date
Links
Landscapes
- Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
Abstract
Использование: в энергетике, в частности для снижения концентрации окислов азота и утилизации тепла выхлопных газов. Сущность изобретения: газотурбинная установка снабжена теплообменником с промывочным устройством, смесительным инжектором со струйными соплами, байпасным трубопроводом, подключенным к выходу из турбины и струйным соплам, промежуточным охладителем сжимаемого воздуха, установленным между ступенями компрессора и выполненным в виде струйного газовоздушного агрегата со сборником отсепарированной воды, подключенным к камере сгорания, паропроводом и трубопроводом подачи воды, подключенными к охладителю. В выхлопном тракте турбины расположены две теплообменные секции, первая секция выполнена в виде котла-утилизатора, вторая - в виде инжектора, подключенного к атмосфере. 2 с. и 9 з. п. ф-лы, 1 ил.
Description
Изобретение относится к энергетике и может быть использовано для снижения концентрации окислов азота и утилизации тепла выхлопных газов.
Известен способ работы газотурбинной установки, включающей ступенчатое сжатие воздуха, промежуточное охлаждение между ступенями сжимаемого воздуха и впрыскивание в него воды, сжигание топлива в сжатом воздухе в камере сгорания с одновременной подачей водяного пара в последнюю, расширение полученного рабочего тела с получением полезной работы на валу турбины, двухстадийное охлаждение выхлопных газов с одновременным нагревом водяного пара, выпуск охлажденных выхлопных газов в атмосферу.
Недостатками такого способа являются недостаточная эффективность процесса снижения окислов азота в выхлопных газах и большой расход воздуха, участвующего в сжигании топлива.
Известна также газотурбинная установка, содержащая многоступенчатый компрессор, включенные между ступенями промежуточной охладитель сжимаемого воздуха и трубопровод подачи воды, камеру сгорания с подключенным к ней паропроводом, турбину с расположенными в ее выхлопном тракте темплообменными секциями, подключенными по нагреваемой среде к паропроводу.
Недостатком установки является то, что в ней невозможно обеспечить возврат конденсата в цикл утилизационной установки.
Целью изобретения является снижение расхода воздуха через камеру сгорания газотурбинной установки, снижение содержания окислов азота в выхлопных газах и утилизация тепла выхлопных газов.
Цель достигается тем, что по способу работы газотурбинной установки, включающему ступенчатое сжатие воздуха, промежуточное охлаждение между ступенями сжимаемого воздуха и впрыскивание в него воды, сжигание топлива в сжатом воздухе в камере сгорания с одновременной подачей водяного пара в последнюю, расширение полученного рабочего тела с получением полезной работы на валу турбины, двухстадийное охлаждение выхлопных газов с одновременным нагревом водяного пара, выпуск охлажденных выхлопных газов в атмосферу, дополнительно падают воду в камеру сгорания, а водяной пар при промежуточном охлаждении сжимаемого воздуха, осуществляют перед охлаждением отбор части выхлопных газов, а охлажденную основную часть выхлопных газов промывают водой и дополнительно охлаждают в контактном теплообменнике, сепаратируют и очищают воду, при этом охлаждение выхлопных газов при первой стадии производят в котле-утилизаторе, охлаждение при второй стадии посредством инжекционного смешивания выхлопных газов с атмосферным воздухом, а их выпуск посредством их инжектирования с одновременным нагревом отобранной частью выхлопных газов, причем при промежуточном охлаждении сжимаемого воздуха и при подаче воды в камеру сгорания ее впрыск осуществляиют посредством мелкодисперсного распыливания воды паром, дополнительно при промежуточном охлаждении осуществляют сбор крупных капель и последующую их подачу в камеру сгорания, а отсепарированную очищенную воду после контактного теплообменника направляют в котел-утилизатор. Кроме того, сжигание топлива в камере сгорания осуществляют при коэффициенте избытка воздуха, равном 1,3 1,4. При этом охлаждение посредством инжекционного смешивания выхлопных газов с атмосферным воздухом производят до температуры, близкой к температуре росы газовой смеси. Впрыск воды при мелкодисперсном ее распыливании осуществляют при соотношении расхода пара и воды, равном 1 100, при давлении пара на 1,5 2 кГс/см2 выше, чем давление в камере сгорания.
Цель достигается тем, что газотурбинная установка, содержащая многоступенчатый компрессор, включенные между ступенями промежуточный охладитель сжимаемого воздуха и трубопровод подачи воды, камеру сгорания с подключенным к ней паропроводом, турбину с расположенными в ее выхлопном тракте двумя теплообменными секциями, подключенными по нагреваемой среде к паропроводу, снабжена контактным теплообменником с промывочным устройством, смесительным инжектором со струйными соплами, байпасным трубопроводом, подключенным к выходу из турбины и струйным соплам, при этом промежуточный охладитель сжимаемого воздуха выполнен в виде струйного газовоздушного агрегата со сборником отсепарированной воды, подключенным к камере сгорания, а паропровод и трубопровод подачи воды подключены к охладителю, первая теплообменная секция выполнена в виде котла-утилизатора, вторая -в виде инжектора, подключенного к атмосфере. Инжектор выполнен со струйными соплами и регулируемым жалюзийным устройством подвода атмосферного воздуха для смешивания с выхлопными газами. При этом контактный теплообменник снабжен замкнутым циркуляционным контуром оборотной воды, включающим фильтр очистки воды и конденсатор. Установка снабжена выносным сепаратором, соединенным с циркуляционным контуром оборотной воды и котлом-утилизатором. Кроме того, контактный теплообменник может быть выполнен противоточного типа тока воды, поперечного типа тока воды или барботажного типа.
Предлагаемое решение отличается от известных решений в области снижения содержания окислов азота и утилизации тепла выхлопных газов тем, что глубокая утилизация тепла выхлопных газов достигается в парогазовом цикле, работающем на парогазовой смеси, с полным возвратом конденсата в цикле "пар конденсат" котла-утилизатора при сниженном расходе оборотной воды, при этом работа газотурбинной установки осуществляется при сниженном до значения α 1,3 1,4 расходе воздуха и при сниженной концентрации продуктов сгорания в очищенном от влаги и окислов азота выхлопном газе. Несмотря на повышенное дополнительное сопротивление тракта выхлопных газов, эффективный КПД установки в результате реализации всех предложенных взаимосвязанных технических решений составляет 40 42% при практически полном исключении содержания окислов азота в выхлопных газах и при минимальном расходе оборотной воды.
На чертеже изображена схема газотурбинной установки для осуществления способа.
Установка содержит многоступенчатый компрессор, включенные между ступенями 1 низкого давления и 2 высокого давления промежуточный охладитель 3 сжимаемого воздуха, выполненный в виде струйного газовоздушного агрегата со сборником 4 отсепарированной воды и трубопровод 5 подачи воды, камеру 6 сгорания с подключенным к ней паропроводом 7. Струйный газовоздушный агрегат 3 со сборником 4 отсепарированной воды подключен к камере 6 сгорания, а паропровод 7 и трубопровод 5 подачи воды подключены к газовоздушному агрегату 3. Струйный газовоздушный агрегат 3 и камера 6 сгорания снабжены форсунками 8 и 9 соответственно для мелкодисперсного распыливания воды паром в среде воздуха и газа высокого давления.
Установка снабжена также приводной 10 и силовой 11 газовыми турбинами, энергопреобразователем 12 мощности, выполненным в виде энергогенератора, нагнетателя природного газа или гребного движителя и выхлопным трактом 13. В выхлопном тракте турбины 11 расположены две теплообменные секции, подключенные по нагреваемой среде к паропроводу 7 подачи пара к форсункам 8 и 9 газовоздушного агрегата 3 и камеры 6 сгорания. Первая теплообменная секция выполнена в виде котла -утилизатора 14 с испарительной 15, экономайзерной (не показана) и пароперегревательной 16 конвективными поверхностями нагрева, вторая в виде инжектора 17 со струйными соплами 18 и регулируемым жалюзийным устройством 19 подвода атмосферного воздуха для смешивания с выхлопными газами.
Установка снабжена контактным теплообменником 20, который может быть выполнен противоточного типа тока воды, поперечного типа тока воды или барботажного типа с промывочным устройством 21 и с замкнутым циркуляционным контуром 22 оборотной воды, включающим фильтр 23 очистки и конденсатор 24 (водяной или воздушный), смесительным инжектором 25 со струйными соплами 26, байпасным трубопроводом 27, подключенным к выхлопному тракту 13 турбины 11 и струйным соплам 26, выносным сепаратором 28, имеющим паровой объем над свободным уровнем воды, соединенным с циркуляционным контуром 22 оборотной воды и котлом-утилизатором 14. Замкнутый циркуляционный контур 22 оборотной воды соединен трубопроводом 29 через экономайзер котла-утилизатора 14 с водяным объемом сепаратора 28.
Способ осуществляется следующим образом.
Воздух из атмосферы, сжатый в ступени 1 компрессора низкого давления, поступает в струйный газовоздушный агрегат 3, где смешивается с мелкодисперсно-распыленной смесью пара и воды, подаваемых через форсунки 8 по паропроводу 7 и трубопроводу 5 от котла-утилизатора 14, охлаждается (за счет быстрого испарения воды) с повышением давления в газовоздушном агрегате 3 и направляется через ступень 2 компрессора высокого давления в камеру 6 сгорания. Крупные частицы влаги, отсепарированные в газовоздушном агрегате 3, отводятся через сборник 4 отсепарированной воды на форсунки 9 камеры 6 сгорания, куда также подводится пар по паропроводу 7 и вода по трубопроводу 5 от котла-утилизатора 14. При этом давление инжектируемого пара, подаваемого по паропроводу 7, должно на 1,5 2 кГс/см2 превосходить значение давления в камере 6 сгорания.
Воздух от ступени 1 компрессора подводится в количестве, обеспечивающем качественное сжигание топлива в камере 6 сгорания при значении коэффициента избытка воздуха 1,3 1,4 (вместо значения 5 6 для обычных газотурбинных установок), пароводяная смесь в газовоздушный агрегат 3 подается в количестве, обеспечивающем насыщение воздуха паром без расслоения паровоздушной смеси, направляемой на ступень 2 компрессора и в камеру 6 сгорания, а количество пароводяной смеси, впрыскиваемой в камеру сгорания, устанавливают достаточным и необходимым для поддержания заданного температурного режима и давления в камере сгорания и на выходе в газовую турбину 10. Вследствие увеличения количества рабочего тела и теплоемкости продуктов сгорания полезная работа силовой турбины 11, а, следовательно, и энергопреобразователя 12 значительно увеличивается по сравнению с обычными газотурбинными установками (при одинаковой температуре продуктов сжигания перед силовой турбиной 11).
Продукты сгорания, отработавшие в турбинах 10 и 11, направляются по выхлопному тракту 13 (последовательно по ходу газов) в котел-утилизатор 14, в инжектор 17, в контактный теплообменник 20 и удаляются в атмосферу через смесительный инжектор 25.
Особенность способа состоит в том, что давление генерируемого слабоперегретого пара должно на 1,5 2 кГс/см2 превышать значение давления в камере 6 сгорания, соотношение расхода пара и нагретой до состояния насыщения воды в сепараторе 28 составляет 1 100, а подпитка сепаратора 28 водой осуществляется из циркуляционного контура 22 контактного теплообменника 20. При этих условиях сопротивление газового тракта конвективных поверхностей 16, 15 и экономайзера эквивалентно 2 2,5% мощности силовой турбины 11, а ожидаемая температура газов за котлом-утилизатором 14 составляет для современных конструкций котлов-утилизаторов 150 170oC.
Охлажденная в котле-утилизаторе 14 парогазовая смесь поступает через струйные сопла 18 в инжектор 17, в котором дополнительно охлаждается путем инжекции воздуха из атмосферы, поступающего через регулируемое жалюзийное устройство 19. При газодинамическом сопротивлении сопл 18, эквивалентном 1,5
2% мощности силовой турбины 11, достигается перемешивание парогазовой смеси и воздуха в отношении 1 2,5 и, как следствие, снижение температуры парогазовоздушной смеси до температуры, близкой к температуре "точки росы" газовой смеси, а также снижение концентрации окислов азота.
2% мощности силовой турбины 11, достигается перемешивание парогазовой смеси и воздуха в отношении 1 2,5 и, как следствие, снижение температуры парогазовоздушной смеси до температуры, близкой к температуре "точки росы" газовой смеси, а также снижение концентрации окислов азота.
Полученная в инжекторе 17 парогазовоздушная смесь поступает в контактный теплообменник 20, в котором дополнительно охлаждается путем прямого контакта смеси газов и воды, поступающей через промывочное устройство 21. Прямой контакт воды и газа может осуществляться по принципу противоточного, поперечного или барботажного контакта и обеспечивает при температуре смеси ниже "точки росы" промывку и выделение в водяной раствор влаги и тяжелых фракций окислов азота, в том числе окислов азота, содержащихся в парогазовоздушной смеси. При глубокой утилизации тепла выхлопных газов в контактном теплообменнике 20 выделяется в водную фазу (растворную, например аммиачную воду) как влага, введенная в цикл в газовоздушном агрегате 3 и камере 6 сгорания, так и влага и продукты окислов азота, полученные в процессе сжигания топлива в камере сгорания. Выделившиеся компоненты в смеси с оборотной водой, нагретой в контактном теплообменнике 20 до температуры 55oC, отводятся в фильтр 23 очистки, после чего часть очищенной воды направляется по трубопроводу 29 через экономайзер (не показан) в сепаратор 28, а остальная на конденсатор 24 и далее на промывочное устройство 21 контактного теплообменника 20. Таким образом, в контактном теплообменнике 20 осуществляется глубокая утилизация тепла выхлопных газов, сепарация их от влаги и тяжелых фракций окиси углерода, а также очистка воды и возврат конденсата в цикл пар конденсат котла-утилизатора 14.
Из контактного теплообменника 20 очищенный и охлажденный до температуры 30 40oC газ направляется в смесительный инжектор 25, в котором подогревается до заданной по метеорологическим условиям температуры путем инжекционного смешения основного потока газа с газом, поступающим по байпасному трубопроводу 27 на струйные сопла 26.
Благодаря высокому значению располагаемого перепада давления в струйных соплах 26 в смесительном инжекторе 25 достигаются эффективное перемешивание и нагрев основного потока газа, а также улучшение транспортировки газа от контактного теплообменника 20 в атмосферу за счет дополнительного газодинамического инжекционного эффекта в соплах 26. Таким образом, струйные сопла 26 обеспечивают отвод в атмосферу очищенного, нагретого до заданной по метеорологическим условиям температуры газа.
Claims (11)
1. Способ работы газотурбинной установки, включающий ступенчатое сжатие воздуха, промежуточное охлаждение между ступенями сжимаемого воздуха и впрыскивание в него воды, сжигание топлива в сжатом воздухе в камере сгорания с одновременной подачей водяного пара в последнюю, расширение полученного рабочего тела с получением полезной работы на валу турбины, двухстадийное охлаждение выхлопных газов с одновременным нагревом водяного пара, выпуск охлажденных выхлопных газов в атмосферу, отличающийся тем, что дополнительно впрыскивают воду в камеру сгорания, а водяной пар подают при промежуточном охлаждении сжимаемого воздуха, осуществляют перед охлаждением отбор части выхлопных газов, а охлажденную основную часть выхлопных газов промывают водой и дополнительно охлаждают в контактном теплообменнике, сепарируют и очищают воду, при этом охлаждение выхлопных газов при первой стадии производят в котле-утилизаторе, охлаждение при второй стадии посредством инжекционного смешивания выхлопных газов с атмосферным воздухом, а их выпуск посредством их инжектирования с одновременным нагревом отобранной частью выхлопных газов, причем при промежуточном охлаждении сжимаемого воздуха и при впрыске воды в камеру сгорания ее впрыск осуществляют посредством мелкодисперсного распыливания воды паром, дополнительно при промежуточном охлаждении осуществляют сбор крупных капель и последующую их подачу в камеру сгорания, а отсепарированную очищенную воду после контактного теплообменника направляют в котел-утилизатор.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что сжигание в камере сгорания осуществляют при коэффициенте избытка воздуха, равном 1,3 1,4.
3. Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что охлаждение посредством инжекционного смешивания выхлопных газов с атмосферным воздухом производят до температуры, близкой к температуры, близкой к температуре росы газовой смеси.
4. Способ по п.1, отличающийся тем, что впрыск воды при мелкодисперсном ее распылении паром осуществляют при соотношении расхода пара, воды, равном 1 100, и при давлении пара на 1,5 2 кгс/см2 выше, чем давление в камере сгорания.
5. Газотурбинная установка, содержащая многоступенчатый компрессор, включенный между ступенями промежуточный охладитель сжимаемого воздуха, и трубопровод подачи воды, камеру сгорания с подключенным к ней паропроводом, турбину с расположенными в ее выхлопном тракте двумя теплообменными секциями, подключенными по нагреваемой среде к паропроводу, отличающаяся тем, что установка снабжена контактным теплообменником с промывочным устройством, смесительным инжектором со струйными соплами, байпасным трубопроводом, подключенным к выходу из турбины, и струйным соплом, промежуточный охладитель сжимаемого воздуха выполнен в виде струйного газовоздушного агрегата со сборником отсепарированной воды, подключенным к камере сгорания, а паропровод и трубопровод подачи воды подключены к охладителю, первая теплообменная секция выполнена в виде котла-утилизатора, вторая в виде инжектора, подключенного к атмосфере.
6. Установка по п.5, отличающаяся тем, что инжектор выполнен со струйными соплами и регулируемым жалюзийным устройством подвода атмосферного воздуха для смешивания с выхлопными газами.
7. Установка по п.5, отличающаяся тем, что контактный теплообменник снабжен замкнутым циркуляционным контуром оборотной воды, включающим фильтр очистки воды и конденсатор.
8. Установка по пп.5 7, отличающаяся тем, что она снабжена выносным сепаратором, соединенным с циркуляционным контуром оборотной воды и котлом-утилизатором.
9. Установка по пп.5 и 7, отличающаяся тем, что контактный теплообменник выполнен противоточного типа тока воды.
10. Установка по пп.5 и 7, отличающаяся тем, что контактный теплообменник выполнен поперечного типа тока воды.
11. Установка по пп.5 и 7, отличающаяся тем, что контактный теплообменник выполнен барботажного типа.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU93057544A RU2088774C1 (ru) | 1993-12-27 | 1993-12-27 | Способ работы газотурбинной установки и установка для его осуществления |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU93057544A RU2088774C1 (ru) | 1993-12-27 | 1993-12-27 | Способ работы газотурбинной установки и установка для его осуществления |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU93057544A RU93057544A (ru) | 1996-07-27 |
RU2088774C1 true RU2088774C1 (ru) | 1997-08-27 |
Family
ID=20150827
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU93057544A RU2088774C1 (ru) | 1993-12-27 | 1993-12-27 | Способ работы газотурбинной установки и установка для его осуществления |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2088774C1 (ru) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2567530C1 (ru) * | 2014-11-21 | 2015-11-10 | Открытое акционерное общество "Уфимское моторостроительное производственное объединение" ОАО "УМПО" | Способ повышения выходной мощности газотурбинного двигателя при эксплуатации |
RU2674089C1 (ru) * | 2018-01-22 | 2018-12-04 | Владимир Леонидович Письменный | Способ форсирования газотурбинной установки |
-
1993
- 1993-12-27 RU RU93057544A patent/RU2088774C1/ru active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Патент США N 444018, кл. F 02 C 3/00, 1984. * |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2567530C1 (ru) * | 2014-11-21 | 2015-11-10 | Открытое акционерное общество "Уфимское моторостроительное производственное объединение" ОАО "УМПО" | Способ повышения выходной мощности газотурбинного двигателя при эксплуатации |
RU2674089C1 (ru) * | 2018-01-22 | 2018-12-04 | Владимир Леонидович Письменный | Способ форсирования газотурбинной установки |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4727949B2 (ja) | ガスタービンを有するエネルギ発生設備にてエネルギを発生させる方法並びに該方法を実施するエネルギ発生設備 | |
RU2287067C2 (ru) | Система с гибридным циклом газификации угля с использованием рециркулирующей рабочей текучей среды и способ генерирования электроэнергии | |
KR101378195B1 (ko) | 가스 터빈을 포함하는 발전 장치에서 에너지를 발생시키는 방법 | |
AU2009338577B2 (en) | Method and device for separating carbon dioxide from an exhaust gas of a fossil fired power plant | |
CA2816412C (en) | Heat integration in co2 capture | |
WO1999006674A1 (en) | Environment friendly high efficiency power generation method based on gaseous fuels and a combined cycle with a nitrogen free gas turbine and a conventional steam turbine | |
US5165239A (en) | Water augmented indirectly-fired gas turbine systems and method | |
EP1092084A1 (en) | Improved power plant with carbon dioxide capture | |
CA2581271A1 (en) | Method for removing and recovering co2 from an exhaust gas | |
CN112160806B (zh) | 一种耦合富氧燃烧的超临界co2循环冷热电联产系统 | |
CN110152489A (zh) | 基于汽轮机排汽余热回收利用的二氧化碳捕集系统及方法 | |
CN114768488A (zh) | 一种燃煤机组烟气二氧化碳捕集系统 | |
RU2273741C1 (ru) | Газопаровая установка | |
CN108709216B (zh) | 一种燃气蒸汽联合循环与脱碳系统联合供热系统 | |
CN104533623A (zh) | 一种部分氧化注蒸汽正逆燃气轮机联合循环 | |
JP4299313B2 (ja) | ガスタービン設備 | |
CN110273759B (zh) | 实现烟气余热深度利用与进气冷却的igcc热电系统及方法 | |
CN105509038A (zh) | 鼓泡流化床型o2/h2o增压富氧燃烧系统 | |
RU2088774C1 (ru) | Способ работы газотурбинной установки и установка для его осуществления | |
RU2409746C2 (ru) | Парогазовая установка с паротурбинным приводом компрессора и регенеративной газовой турбиной | |
CN206955633U (zh) | 低成本无氮燃烧制氧系统 | |
CN210118199U (zh) | 实现烟气余热深度利用与进气冷却的igcc热电系统 | |
RU2194870C2 (ru) | Способ работы и устройство газотурбинной установки с комплексной системой глубокой утилизации теплоты и снижения вредных выбросов в атмосферу | |
CA2479985A1 (en) | Enhanced energy conversion system from a fluid heat stream | |
RU2666271C1 (ru) | Газотурбинная когенерационная установка |