RU2490489C2 - Способ уменьшения выбросов окислов азота из газотурбинной установки с регенерацией тепла - Google Patents
Способ уменьшения выбросов окислов азота из газотурбинной установки с регенерацией тепла Download PDFInfo
- Publication number
- RU2490489C2 RU2490489C2 RU2011135125/06A RU2011135125A RU2490489C2 RU 2490489 C2 RU2490489 C2 RU 2490489C2 RU 2011135125/06 A RU2011135125/06 A RU 2011135125/06A RU 2011135125 A RU2011135125 A RU 2011135125A RU 2490489 C2 RU2490489 C2 RU 2490489C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- combustion
- temperature
- gas
- water
- oxidiser
- Prior art date
Links
Landscapes
- Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
- Treating Waste Gases (AREA)
Abstract
Способ уменьшения выбросов окислов азота из газотурбинной установки с регенерацией тепла заключается в ступенчатом сжатии окислителя с впрыском воды, подогревом сжатой смеси окислителя с водой, ступенчатом расширении рабочего тела и сжигании органического топлива в камерах сгорания перед промежуточными ступенями расширения с коэффициентом избытка окислителя меньше единицы, а в последней камере - больше единицы. Регулируют расходы окислителя, воды и топлива и поддерживают допустимые значения температуры стенок промежуточных ступеней расширения и их газодинамических трактов, а также температуру горения в последней камере сгорания. На вход и выход компрессора и между его ступенями осуществляют впрыск воды с суммарным расходом 20-40% от общего расхода рабочего тела на выхлопе. В камерах сгорания перед промежуточными ступенями расширения и в газодинамическом тракте поддерживают коэффициент избытка окислителя не ниже 0,5 и температуру стенок промежуточных ступеней расширения и газодинамического тракта не ниже 730 К. В выходной камере осуществляют процесс горения, обеспечивающий температуру 1500-1100 К, ниже температуры в предшествующих камерах сгорания, и коэффициент избытка окислителя, близкий к стехиометрическому от 1,01 до 1,3. Изобретение направлено на снижение образования окислов азота при обеспечении высокого КПД преобразования тепла и исключении сажеобразования в газотурбинной установке. 1 ил.
Description
Изобретение относится к проблеме вредного воздействия выбросов из газотурбинных установок с регенерацией тепла, в первую очередь, окислов азота на окружающую среду. Оно может быть использовано в газотурбинных установках, работающих на газообразном или жидком углеводородном топливе.
Известны способы уменьшения выбросов окислов азота с помощью добавок химических реагентов в выхлопные газы. Эти способы сложны и дороги, так как требуют сооружения крупногабаритных очистительных устройств и значительного расхода химикатов. Известно, что повышенная температура воздуха на входе в камеру сгорания (800-850 К) за счет регенерации тепла полностью исключает возможность использования традиционных диффузионных камер сгорания из-за чрезмерно высокой эмиссии окислов азота, а также и гомогенных камер сгорания из-за невозможности надежного исключения проскока пламени в зону подготовки топливно-воздушной смеси (Пармон В.Н., Исмагилов З.Р., Фаворский О.Н., Белоконь А.А., Захаров В.М. Вестник Российской академии наук. 2007, том 77, №9, с.820)
Наиболее близким техническим решением к предложенному является способ преобразования тепловой энергии в работу, заключающийся в ступенчатом сжатии окислителя с впрыском воды в дополнительный компрессор, ступенчатом расширении рабочего тела и сжигании органического топлива в камерах сгорания перед промежуточными ступенями расширения с коэффициентом избытка окислителя меньше 1, а перед последней - с коэффициентом избытка окислителя больше 1 (см. а.с. СССР SU 1560749 A1, 02С 3/00 от 30.04.90. Бюл. №16 - прототип)
Основной недостаток известного способа состоит в том, что в последней к выхлопу камере сгорания не поддерживается более сниженная температура горения по отношению к предшествующим камерам сгорания, что в сочетании с неограниченным значением коэффициента избытка окислителя (>1), особенно для регенеративных газотурбинных установок, не позволит получить требуемого в настоящее время допустимого уровня выброса окислов азота.
Кроме того, любое значение коэффициента избытка окислителя меньшее единицы в предшествующих камерах сгорания и их газодинамических трактов, также недопустимо без поддержания необходимых величин температуры стенок, содержания воды в продуктах сгорания, и коэффициента избытка окислителя. Иначе будет происходить сажеобразование, что затруднит применение этого способа.
Решаемой задачей является существенное снижение образования окислов азота в ГТУ с регенеративным подогревом сжатой смеси воздуха с водой при обеспечении высокого КПД.
Высокий термический КПД достигается за счет регенерации тепла, а также путем повышения среднетермодинамической температуры подвода тепла и снижения среднетермодинамической температуры отвода тепла, соответственно за счет ступенчатого подвода и отвода тепла.
Решение указанной задачи достигается тем, что в способе уменьшения выбросов окислов азота из газотурбинной установки с регенерацией тепла, заключающемся в ступенчатом сжатии окислителя с впрыском воды, подогревом сжатой смеси окислителя с водой, ступенчатом расширении рабочего тела и сжигании органического топлива в камерах сгорания перед промежуточными ступенями расширения с коэффициентом избытка окислителя меньше 1, а в последней - больше 1. Новым здесь является то, что путем регулировки расходов окислителя, воды и топлива и поддержанием допустимых значений температуры стенок на вход и на выход компрессора и между его ступенями осуществляют впрыск воды с суммарным расходом 20-40% от общего расхода рабочего тела на выхлопе, при этом в камерах сгорания перед промежуточными ступенями расширения и в газодинамическом тракте поддерживают коэффициент избытка окислителя не ниже 0,5 и температуру стенок промежуточных ступеней расширения и газодинамического тракта не ниже 730 К, а в выходной камере осуществляют процесс горения, обеспечивающей температуру 1500-1100 К, ниже температуры в предшествующих камерах сгорания, и коэффициент избытка окислителя близкий к стехиометрическому от 1,02 до 1,3.
Предлагаемый способ предотвращает образование окислов азота сверх допустимых норм их выброса, несмотря на наличие регенерации тепла, благодаря возможности поддерживать практически любой пониженный уровень температур в последней (выхлопной) камере сгорания в сочетании с коэффициентом избытка окислителя близким к стехиометричекому и с учетом того, что в остальных камерах сгорания коэффициент избытка окислителя меньше единицы.
Известно, что как повышенная температура, так и избыток кислорода, для обычного не каталитического горения, существенно увеличивают уровень образования окислов азота. Если для снижения уровня образования окислов азота целесообразно максимально возможное уменьшение коэффициента избытка окислителя, то с точки зрения сажеобразования это уменьшение необходимо ограничивать. Предлагаемый способ позволяет устранить сажеобразование, поддерживая допустимые значения коэффициента избытка окислителя и температуры стенок газодинамического тракта соответственно содержанию паров воды в продуктах сгорания.
На рисунке приведена схема газотурбинной установки, реализующая способ уменьшения выбросов окислов азота из газотурбинной установки с регенерацией тепла.
Схема содержит компрессор 12, состоящий из ступеней сжатия 1 и смесительных камер 2, в которых происходит изобарное охлаждение воздуха за счет испарения распыленной воды, ступени расширения газовых турбин 3, 5, 7, рекуперативный регенератор тепла 9, регулирующие расход задвижки 11 и электрогенератор 10, кинематически связанный со ступенями газовых турбин и компрессора.
Способ осуществляют следующим образом. С помощью компрессора 12 сжимают смесь воды с воздухом. Распыленную с помощью форсунок воду подают в смесительные камеры 2, далее сжатую смесь подают в регенератор 9, после регенератора - в камеры сгорания 3, 5, 7. В камеры сгорания 3 и 5, кроме смеси воды с воздухом подают топливо. С помощью регулирующей аппаратуры 11 в камерах сгорания 3 и 5, в соответствии с содержанием паров воды и температурой стенок газодинамического тракта, поддерживают допустимый коэффициент избытка окислителя меньше 1, исключая сажеобразование. В камерах сгорания 3 и 5 поддерживается максимально допустимая температура. После расширения в ступенях газовых турбин 4 и 6, продукты неполного сгорания поступают в камеру сгорания 7, где также с помощью регулирующей аппаратуры 11 поддерживают температуру горения в пределах 1500-1100 К, ниже чем в камерах сгорания 3 и 5, и коэффициент избытка окислителя близкий к стехиометрическому в пределах 1,02-1,3, осуществляя дожигание топлива. Из ступени газовой турбины 8 продукты сгорания поступают в регенератор, где нагревают сжатую смесь воды и воздуха, и затем охлажденные продукты сгорания выбрасываются в атмосферу. Вся полученная работа расширения преобразуется в электрическую энергию с помощью электрогенератора 10. Для иллюстрации применимости предлагаемого способа было проведено численное моделирование процесса для приведенной схемы.
Топливом является синтезгаз, полученный из Березовского угля с помощью его воздушной газификации с H2O. Синтезгаз после «горячей» очистки в циклоне и в «горячем» фильтре имеет температуру 870 К. Коэффициент избытка окислителя и соответственно температура в 3 камере сгорания 0,61 и 1600 К, в 5 камере сгорания - 0,59 и 1600 К, в 7 камере сгорания - 1,1 и 1489 К. Относительный расход воды - 20,4%. Давление соответственно в 3, 5, 7 камерах сгорания - 7,0 МПа, 2,433 МПа, 0,846 МПа. Внутренний КПД турбин и компрессоров принимается равным 0,85. Теплотворная способность угля - 26127 КДж/кг. Для указанных параметров расчетная величина выбросов окислов азота составила 70 ppm (90,3 мг/м3), а КПД установки 0,536 при температуре выхлопа 443,4 К. В зависимости от калорийности топлива и допустимой температуры лопаток турбины, количество камер сгорания и, соответственно, ступеней расширения, для предложенного способа, может быть произвольным, но не менее двух.
Claims (1)
- Способ уменьшения выбросов окислов азота из газотурбинной установки с регенерацией тепла, заключающийся в ступенчатом сжатии окислителя с впрыском воды, подогревом сжатой смеси окислителя с водой, ступенчатом расширении рабочего тела и сжигании органического топлива в камерах сгорания перед промежуточными ступенями расширения с коэффициентом избытка окислителя меньше единицы, а в последней камере - больше единицы, отличающийся тем, что, регулируя расходы окислителя, воды и топлива и поддерживая допустимые значения температуры стенок промежуточных ступеней расширения и их газодинамических трактов, а также температуру горения в последней камере сгорания, на вход и выход компрессора и между его ступенями осуществляют впрыск воды с суммарным расходом 20-40% от общего расхода рабочего тела на выхлопе, при этом в камерах сгорания перед промежуточными ступенями расширения и в газодинамическом тракте поддерживают коэффициент избытка окислителя не ниже 0,5 и температуру стенок промежуточных ступеней расширения и газодинамического тракта не ниже 730 К, а в выходной камере осуществляют процесс горения, обеспечивающий температуру 1500-1100 К, ниже температуры в предшествующих камерах сгорания, и коэффициент избытка окислителя близкий к стехиометрическому от 1,02 до 1,3.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011135125/06A RU2490489C2 (ru) | 2011-08-23 | 2011-08-23 | Способ уменьшения выбросов окислов азота из газотурбинной установки с регенерацией тепла |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011135125/06A RU2490489C2 (ru) | 2011-08-23 | 2011-08-23 | Способ уменьшения выбросов окислов азота из газотурбинной установки с регенерацией тепла |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2011135125A RU2011135125A (ru) | 2013-03-10 |
RU2490489C2 true RU2490489C2 (ru) | 2013-08-20 |
Family
ID=49123033
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2011135125/06A RU2490489C2 (ru) | 2011-08-23 | 2011-08-23 | Способ уменьшения выбросов окислов азота из газотурбинной установки с регенерацией тепла |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2490489C2 (ru) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3514718A1 (de) * | 1984-04-27 | 1985-10-31 | General Electric Co., Schenectady, N.Y. | Gasturbinentriebwerk und betriebsverfahren |
US4751814A (en) * | 1985-06-21 | 1988-06-21 | General Electric Company | Air cycle thermodynamic conversion system |
EP0318706A1 (en) * | 1987-11-30 | 1989-06-07 | General Electric Company | Water spray ejector system for steam injected engine |
RU2094636C1 (ru) * | 1993-02-24 | 1997-10-27 | Виктор Исаакович Особов | Способ работы газотурбинной установки (варианты) и газотурбинная установка |
RU2097590C1 (ru) * | 1994-09-15 | 1997-11-27 | Научно-технологический центр энергосберегающих процессов и установок РАН | Способ работы газотурбинного двигателя |
-
2011
- 2011-08-23 RU RU2011135125/06A patent/RU2490489C2/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3514718A1 (de) * | 1984-04-27 | 1985-10-31 | General Electric Co., Schenectady, N.Y. | Gasturbinentriebwerk und betriebsverfahren |
US4751814A (en) * | 1985-06-21 | 1988-06-21 | General Electric Company | Air cycle thermodynamic conversion system |
EP0318706A1 (en) * | 1987-11-30 | 1989-06-07 | General Electric Company | Water spray ejector system for steam injected engine |
RU2094636C1 (ru) * | 1993-02-24 | 1997-10-27 | Виктор Исаакович Особов | Способ работы газотурбинной установки (варианты) и газотурбинная установка |
RU2097590C1 (ru) * | 1994-09-15 | 1997-11-27 | Научно-технологический центр энергосберегающих процессов и установок РАН | Способ работы газотурбинного двигателя |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2011135125A (ru) | 2013-03-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10774740B2 (en) | Gas turbine assembly and corresponding operating method | |
US7765810B2 (en) | Method for obtaining ultra-low NOx emissions from gas turbines operating at high turbine inlet temperatures | |
JP6169840B2 (ja) | タービンエンジンシステムにおいてco2をn2及びo2から分離する方法 | |
JP6255923B2 (ja) | 燃焼装置、ガスタービン及び発電装置 | |
AU2016284752B2 (en) | Method and equipment for combustion of ammonia | |
RU2300049C1 (ru) | Мини-парогенератор | |
CN103775215A (zh) | 操作具有顺序燃烧的燃气涡轮的方法及燃气涡轮 | |
CA3012085C (en) | Method and equipment for combustion of ammonia | |
WO2013142941A1 (ru) | Газотурбинный двигатель | |
CN102305109B (zh) | 一种富氧-煤气化烟气再热联合循环动力系统 | |
US7832213B2 (en) | Operating method for a turbogroup | |
RU2490489C2 (ru) | Способ уменьшения выбросов окислов азота из газотурбинной установки с регенерацией тепла | |
RU2491435C1 (ru) | Способ уменьшения вредных выбросов из газотурбинной установки с регенерацией тепла | |
CN103670712B (zh) | 一种燃气轮机发电系统 | |
CN106089437B (zh) | 超临界二氧化碳低温动力系统 | |
RU179513U1 (ru) | Парогазогенератор | |
RU83544U1 (ru) | Газотурбинная установка | |
Ivanov et al. | On high suppression of NO x and CO emissions in gas-turbine plants with combined gas-and-steam cycles | |
RU158189U1 (ru) | Газотурбинная установка | |
RU43919U1 (ru) | Газотурбинная система | |
RU37773U1 (ru) | Газотурбинная система | |
WO2024014962A1 (en) | Carbon capture system comprising a gas turbine with two burners | |
RU2473817C1 (ru) | Парогазовая установка с камерами сгорания двух давлений | |
US20160245123A1 (en) | Steam Micro Turbine Engine | |
JP2006200539A (ja) | ガスタービン発電装置に用いる混合ガス燃焼装置 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20140824 |
|
NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20150810 |
|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20200824 |