RU2212590C2 - Способ подготовки и сжигания топлива в камере сгорания газотурбинной установки и устройство для его осуществления - Google Patents

Способ подготовки и сжигания топлива в камере сгорания газотурбинной установки и устройство для его осуществления Download PDF

Info

Publication number
RU2212590C2
RU2212590C2 RU2001123573A RU2001123573A RU2212590C2 RU 2212590 C2 RU2212590 C2 RU 2212590C2 RU 2001123573 A RU2001123573 A RU 2001123573A RU 2001123573 A RU2001123573 A RU 2001123573A RU 2212590 C2 RU2212590 C2 RU 2212590C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
fuel
air
combustion chamber
catalyst
gas
Prior art date
Application number
RU2001123573A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2001123573A (ru
Inventor
В.Г. Гончаров
В.В. Куприк
В.А. Лебедев
Е.Ю. Марчуков
С.А. Федоров
В.М. Чепкин
Original Assignee
Гончаров Владимир Гаврилович
Куприк Виктор Викторович
Лебедев Валерий Алексеевич
Марчуков Евгений Ювенальевич
Федоров Сергей Андреевич
Чепкин Виктор Михайлович
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Гончаров Владимир Гаврилович, Куприк Виктор Викторович, Лебедев Валерий Алексеевич, Марчуков Евгений Ювенальевич, Федоров Сергей Андреевич, Чепкин Виктор Михайлович filed Critical Гончаров Владимир Гаврилович
Priority to RU2001123573A priority Critical patent/RU2212590C2/ru
Publication of RU2001123573A publication Critical patent/RU2001123573A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2212590C2 publication Critical patent/RU2212590C2/ru

Links

Abstract

Способ подготовки и сжигания топлива в камере сгорания газотурбинной установки включает в себя подачу в камеру сгорания углеводородного топлива и воздуха из-за компрессора. Часть топлива до подачи его в камеру сгорания пропускают через катализатор. Топливо перед подачей на катализатор смешивают с воздухом, нагревают катализатор и с его помощью осуществляют автотермическую воздушную конверсию с получением газовой смеси, содержащей водород и окись углерода. Устройство для подготовки и сжигания топлива в камере сгорания газотурбинной установки содержит камеру сгорания и систему топливопитания с основной магистралью и параллельно ей линией с каталитическим реактором в ней. Дополнительная линия перед каталитическим реактором снабжена топливовоздушным смесителем. Полость над реактором соединена с источником горячего газа. Изобретение приводит к снижению вредных выбросов в продуктах сгорания. 2 с. и 6 з.п. ф-лы, 1 ил.

Description

Изобретение относится к камерам сгорания газотурбинных установок (далее ГТУ), работающим на жидком или газообразном углеводородном топливе и использующим в своей работе каталитические средства.
Известен способ подготовки и сжигания топлива в камере сгорания газотурбинной установки, включающий подачу в камеру сгорания углеводородного топлива и воздуха из-за компрессора и сжигание этой топливовоздушной смеси в зоне каталитического реактора, занимающего часть объема камеры сгорании, и реализованный в устройстве, имеющем камеру сгорания с каталитическим реактором внутри нее и систему топливопитания [1].
В таких камерах сгорания горение происходит при Тг*=1100-1600 К, что обеспечивает низкие концентрации оксидов азота NOx и окиси углерода СО. Однако эти камеры имеют и существенные недостатки: узкий диапазон устойчивого горения, высокое гидравлическое сопротивление, низкую надежность и малый ресурс каталитических блоков, высокую стоимость катализаторов из-за применения редкоземельных металлов (платины, родия, палладия и др.). Кроме того, для замены каталитических блоков после выработки их ресурса требуется разборка камеры сгорания и ГТУ, что снижает эксплуатационную технологичность и надежность.
Наиболее близким к предлагаемому является способ подготовки и сжигания топлива в камере сгорания газотурбинной установки, включающий подачу в камеру сгорания углеводородного топлива и воздуха из-за компрессора с пропусканием при этом части топлива до подачи его в камеру сгорания через каталитический реактор, где исходное топливо с помощью катализатора, содержащего редкоземельные металлы, разлагается на легковоспламеняющиеся вещества, в частности на спирты, альдегиды, водород [2].
Устройство для реализации этого способа содержит камеру сгорания с системой топливопитания, включающей основную и параллельную ей дополнительную линии, при этом дополнительная линия снабжена каталитическим реактором [2].
Такое устройство за счет улучшения каталитического сжигания позволяет достичь низких концентраций оксидов азота NOx и высокого КПД из-за уменьшения гидравлического сопротивления.
Однако это устройство основано на каталитическом сжигании и, следовательно, сохраняет недостатки, присущие каталитическим камерам сгорания [1].
Задача изобретения - снижение вредных выбросов - оксидов азота NOx и СО в продуктах горения. Дополнительная задача - повышение устойчивости горения в камере сгорания.
Указанные задачи достигаются тем, что в способе подготовки и сжигания топлива в камере сгорания газотурбинной установки, включающем подачу в камеру сгорания углеводородного топлива и воздуха из-за компрессора, при этом часть топлива до подачи его в камеру сгорания пропускают через катализатор, топливо перед подачей на катализатор смешивают с воздухом и с помощью катализатора для воздушно-кислородной конверсии получают газовую смесь.
Новым здесь является то, что топливо перед подачей на катализатор смешивают с воздухом и с помощью катализатора для воздушно-кислородной конверсии получают газовую смесь, содержащую, по меньшей мере, Н2 и СО.
Смешав топливо, подаваемое в каталитический реактор, с воздухом, мы имеем возможность осуществить с помощью катализатора топливовоздушную конверсию в реакторе и получить на выходе из реактора газ, содержащий НС, СО. Известно, что водород Н2 и окись углерода СО имеют более широкие концентрационные пределы воспламенения и высокую скорость горения, чем исходное топливо. Это позволяет при наличии Н2 и СО сжигать в камере сгорания очень "бедные" смеси с очень низкой температурой горения и значительно снизить вредные выбросы оксидов азота NOx и СО при условии широкого диапазона устойчивого горения. Кроме того, Н2 стимулирует дожигание СО в камере сгорании, что уменьшает ее концентрацию на выходе из камеры сгорания.
Наиболее целесообразно воздух для смешения с топливом отбирать за компрессором ГТУ.
Для создания оптимальных температурных условий для каталитической реакции в случае необходимости топливовоздушную смесь, подаваемую на катализатор, или сам катализатор нагревают.
Указанная задача достигается также тем, что в устройстве для подготовки и сжигания топлива в камере сгорания газотурбинной установки, содержащем камеру сгорания и систему топливопитания с основной магистралью и параллельной ей дополнительной линией с каталитическим реактором на ней, в нем дополнительная линия перед каталитическим реактором снабжена топливовоздушным смесителем, воздушный вход которого соединен с компрессором газотурбинной установки.
Новым здесь является то, что:
а) дополнительная линия перед каталитическим реактором снабжена топливовоздушным смесителем, воздушный вход которого соединен с компрессором газотурбинной установки;
б) воздушный вход смесителя соединен с компрессором газотурбинной установки.
Смеситель, которым снабжена дополнительная линия перед каталитическим реактором, служит для подготовки равномерной топливовоздушной смеси определенного состава для последующей автотермической воздушной конверсии углеводородного топлива (например, метана) в каталитическом реакторе.
Катализатор конверсирует топливовоздушную смесь в газ, содержащий Н2 и СО. При этом для этой реакции можно использовать относительно недорогие и более долговечные катализаторы, например, никелевые.
Соединив воздушный вход смесителя с компрессором газотурбинной установки, мы используем относительно дешевый воздух для воздушно-кислородной конверсии углеводородного топлива.
Кроме того:
а) топливоздушный смеситель может быть выполнен заодно с каталитическим реактором, что дает выигрыш и в весе, и в габаритах;
б) полость над реактором или (и) над топливовоздушным смесителем может быть соединена с источником горячего газа, что позволяет иметь в зоне реактора оптимальную температуру для каталитической реакции, используя тепло ГТУ;
в) в качестве источника горячего газа может быть выбран газовоздушный тракт турбины, что повышает экономичность работы устройства.
На чертеже представлено устройство для подготовки и сжигания топлива в камере сгорания газотурбинной установки.
Устройство для подготовки и сжигания топлива в камере сгорания газотурбинной установки содержит камеру сгорания 1 с системой топливопитания, включающей основную 5 и параллельную ей дополнительную 3 линии. Дополнительная линия 3 перед каталитическим реактором снабжена смесителем 5, соединенным своим вторым входом с компрессором 6. Полость 7 над корпусом 8 реактора 4 соединена с газовоздушным трактом турбины 9. Турбина 9 газодинамически соединена с силовой турбиной 10, на валу которой расположен привод.
Способ реализуют следующим образом. Подают в камеру сгорания 1 углеводородное топливо, например СН4 и воздух, из-за компрессора 5. Часть топлива до подачи в камеру сгорания 1 смешивают с воздухом в смесителе 5 и пропускают через катализатор в реакторе 4, в котором эту топливовоздушную смесь конверсируют в газ, содержащий Н2 и СО, которые сжигают в камере сгорания 1. Воздух для подачи в смеситель 5 отбирают за компрессором 6.
Источники информации
1. Патент РФ 2160415, МКИ F 23 R 3/40, опубл. 2000 г.
2. Патент РФ 2143643, МКИ F 23 R 3/40, опубл. 1999 г.

Claims (8)

1. Способ подготовки и сжигания топлива в камере сгорания газотурбинной установки, включающий подачу в камеру сгорания углеводородного топлива и воздуха из-за компрессора, при этом часть топлива до подачи его в камеру сгорания пропускают через катализатор, отличающийся тем, что топливо перед подачей на катализатор смешивают с воздухом, нагревают катализатор и с его помощью осуществляют автотермическую воздушную конверсию с получением газовой смеси, содержащей водород и окись углерода.
2. Способ подготовки и сжигания топлива по п. 1, отличающийся тем, что воздух для смешения отбирают за компрессором газотурбинной установки.
3. Способ подготовки и сжигания топлива по п. 1, отличающийся тем, что топливовоздушную смесь, подаваемую на катализатор, нагревают.
4. Устройство для подготовки и сжигания топлива в камере сгорания газотурбинной установки, содержащее камеру сгорания и систему топливопитания с основной магистралью и параллельной ей дополнительной линией с каталитическим реактором в ней, отличающееся тем, что дополнительная линия перед каталитический реактором снабжена топливовоздушным смесителем, а полость над реактором соединена с источником горячего газа.
5. Устройство для подготовки и сжигания топлива по п. 4, отличающееся тем, что воздушный вход топливовоздушного смесителя соединен с компрессором газотурбинной установки.
6. Устройство для подготовки и сжигания топлива по п. 4, отличающееся тем, что топливовоздушный смеситель выполняют заодно с каталитическим реактором.
7. Устройство для подготовки и сжигания топлива по п. 4, отличающееся тем, что в качестве источника горячего газа выбран газовоздушный тракт турбины.
8. Устройство для подготовки и сжигания топлива по п. 6, отличающееся тем, что в качестве источника горячего газа выбран газовоздушный тракт турбины.
RU2001123573A 2001-08-24 2001-08-24 Способ подготовки и сжигания топлива в камере сгорания газотурбинной установки и устройство для его осуществления RU2212590C2 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2001123573A RU2212590C2 (ru) 2001-08-24 2001-08-24 Способ подготовки и сжигания топлива в камере сгорания газотурбинной установки и устройство для его осуществления

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2001123573A RU2212590C2 (ru) 2001-08-24 2001-08-24 Способ подготовки и сжигания топлива в камере сгорания газотурбинной установки и устройство для его осуществления

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2001123573A RU2001123573A (ru) 2003-05-10
RU2212590C2 true RU2212590C2 (ru) 2003-09-20

Family

ID=29776890

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2001123573A RU2212590C2 (ru) 2001-08-24 2001-08-24 Способ подготовки и сжигания топлива в камере сгорания газотурбинной установки и устройство для его осуществления

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2212590C2 (ru)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7444820B2 (en) 2004-10-20 2008-11-04 United Technologies Corporation Method and system for rich-lean catalytic combustion
RU2459095C1 (ru) * 2008-06-13 2012-08-20 Кавасаки Дзюкогио Кабусики Кайся Газотурбинная система с питанием обедненным топливом
RU2626291C2 (ru) * 2015-11-13 2017-07-25 Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт" Способ преобразования энергии
RU2707780C1 (ru) * 2018-12-20 2019-11-29 Публичное акционерное общество "ОДК - Уфимское моторостроительное производственное объединение" (ПАО "ОДК-УМПО") Способ подготовки и сжигания топлива в камере сгорания газотурбинной установки

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7444820B2 (en) 2004-10-20 2008-11-04 United Technologies Corporation Method and system for rich-lean catalytic combustion
RU2459095C1 (ru) * 2008-06-13 2012-08-20 Кавасаки Дзюкогио Кабусики Кайся Газотурбинная система с питанием обедненным топливом
RU2626291C2 (ru) * 2015-11-13 2017-07-25 Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт" Способ преобразования энергии
RU2707780C1 (ru) * 2018-12-20 2019-11-29 Публичное акционерное общество "ОДК - Уфимское моторостроительное производственное объединение" (ПАО "ОДК-УМПО") Способ подготовки и сжигания топлива в камере сгорания газотурбинной установки

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5207185A (en) Emissions reduction system for internal combustion engines
US7594394B2 (en) Catalytic reactor and method for the combustion of fuel-air mixtures by means of a catalytic reactor
US7464555B2 (en) Catalytic combustor for integrated gasification combined cycle power plant
JP6520309B2 (ja) 燃焼装置、ガスタービン及び発電装置
EP1643116A2 (en) System and method for reducing emission from a combustion engine
US7610761B2 (en) Method and device for the combustion of hydrogen in a premix burner
US20070042301A1 (en) Device and method for flame stabilization in a burner
EP0677707A1 (en) Catalytic gas turbine combustor
JPH06507957A (ja) 炭化水素燃料を燃焼する方法とシステム
JPH1047679A (ja) ガス燃料の希薄直接噴射を有する予混合乾式ガスタービン燃焼器
RU2011100841A (ru) Газотурбинная система с питанием обедненным топливом
EP1650499A3 (en) Method and system for rich-lean catalytic combustion
JPH10184392A (ja) ガスターボ装置団の運転法
ElKady et al. Exhaust gas recirculation in DLN F-class gas turbines for post-combustion CO2 capture
EP0611433A1 (en) LOW NO x COMBUSTION? PILOT LIGHTS WITH REDUCED NOx EMISSIONS.
RU2142566C1 (ru) Газовая турбина для сжигания горючего газа
RU2212590C2 (ru) Способ подготовки и сжигания топлива в камере сгорания газотурбинной установки и устройство для его осуществления
US11459926B2 (en) Apparatus, system, and method for oxidizing methane in a lean-burn engine exhaust
EP2065570A2 (en) Burner for generating reductive atmosphere of exhaust gas in engine cogeneration plant having denitrification process
JPS61237905A (ja) 接触燃焼触媒システムによるメタン系燃料の燃焼方法
CN102943710A (zh) 使用oh基形成及用氢燃料分级和稀释剂添加以减小氧燃料烃燃烧系统中的co和o2排放
NO840894L (no) Katalysatoranlegg for tilfoersel av katalytisk materiale til en utvalgt sone i et forbrenningskammer
RU2499959C1 (ru) Способ нагрева воздуха, устройство для его осуществления и способ регулирования нагрева воздуха
RU2052641C1 (ru) Способ питания силовой энергетической установки
RU2383819C1 (ru) Способ и устройство для подготовки и сжигания газообразного топлива

Legal Events

Date Code Title Description
PC4A Invention patent assignment

Effective date: 20070926

MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20090825