RU2624690C1 - Gaz turbine installation and method of functioning of gas turbine installation - Google Patents

Gaz turbine installation and method of functioning of gas turbine installation Download PDF

Info

Publication number
RU2624690C1
RU2624690C1 RU2016116575A RU2016116575A RU2624690C1 RU 2624690 C1 RU2624690 C1 RU 2624690C1 RU 2016116575 A RU2016116575 A RU 2016116575A RU 2016116575 A RU2016116575 A RU 2016116575A RU 2624690 C1 RU2624690 C1 RU 2624690C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
water
fuel
channel
combustion
combustion chamber
Prior art date
Application number
RU2016116575A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Евгений Петрович Федоров
Леонид Самойлович Яновский
Наталья Ивановна Варламова
Иляна Анатольевна Демская
Original Assignee
Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения им. П.И. Баранова"
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 Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения им. П.И. Баранова" filed Critical Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения им. П.И. Баранова"
Priority to RU2016116575A priority Critical patent/RU2624690C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2624690C1 publication Critical patent/RU2624690C1/en

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02CGAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C3/00Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid
    • F02C3/20Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid using a special fuel, oxidant, or dilution fluid to generate the combustion products
    • F02C3/30Adding water, steam or other fluids for influencing combustion, e.g. to obtain cleaner exhaust gases

Abstract

FIELD: power industry.
SUBSTANCE: gas turbine unit (GTU) contains a compressor, a combustion chamber, a turbine, an energy consumer, a fuel supply line and a waste heat boiler equipped with hot and cold coolant circuits. The hot coolant circuit is made in the form of an exhaust channel of combustion products from the turbine to the atmosphere. The cold coolant circuit is in the form of a countercurrent flow channel with an inlet to the counterflow channel of the fuel supply manifold and the water supply manifold at the inlet, and at the outlet of the steam supply manifold of the mixture of water and fuel into the combustion chamber. The exhaust channel of the combustion products to the atmosphere at the outlet of the turbine is equipped with a series-installed waste heat boiler, a radiator and a water condenser. The counterflow channel of the coolant circuit and the supply manifold of the fuel-water mixture conversion products to the synthesis gas are formed in the form of spiral tubular channels arranged in series along the exhaust duct wall of the waste heat boiler and along the wall of the combustion chamber fire tube. In the way of functioning of the installation in the combustion chamber of the GTU, the products of conversion of the fuel-water mixture into the hydrogen-containing synthesis gas are supplied as fuel.
EFFECT: invention provides fuel economy during incineration and the independence of the plant from external water sources, reduces harmful emissions into the atmosphere and allows the use of gas turbine engines that have worked out their life for a gas turbine plant.
5 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к газотурбинным установкам (ГТУ) с добавлением воды, пара или другой текучей среды в горючие компоненты и предназначено для использования в энергетике, в частности, на тепловых электрических станциях для повышения экономичности, удельной мощности энергетических установок и улучшения их экологических характеристик.The invention relates to gas turbine units (GTU) with the addition of water, steam or other fluid to combustible components and is intended for use in the energy sector, in particular, at thermal power plants to increase the efficiency, specific power of power plants and improve their environmental performance.

Быстрый рост энергетики в развитых странах вызвал значительное потребление топлива, а также рост количества вредных выбросов из энергетических установок в атмосферу. Поэтому в настоящее время ведущими производителями ГТУ интенсивно ведутся работы по их усовершенствованию.The rapid growth of energy in developed countries has caused significant fuel consumption, as well as an increase in the amount of harmful emissions from power plants into the atmosphere. Therefore, currently leading manufacturers of gas turbines are intensively working to improve them.

Известен газопаровой цикл STIG (Steam Injected in Gas) фирмы «General Electric» (USA) (Колп Д.А., Меллер Д.Ж. Ввод в эксплуатацию первой в мире ГТУ полного цикла STIG на базе газогенератора LV-5000. Современное машиностроение, серия А, 1989, №11, стр. 1-14), в котором с целью повышения КПД и удельной мощности газотурбинной установки осуществляют подачу пара в камеру сгорания ГТУ. Подаваемый пар, используемый в качестве дополнительного рабочего тела для работы турбины, получают в рекуперативном теплообменнике, т.н. «котле-утилизаторе», путем нагрева и испарения подаваемой воды за счет тепла продуктов сгорания.Known gas-steam cycle STIG (Steam Injected in Gas) of the company "General Electric" (USA) (Kolp D.A., Meller D.Z. Commissioning of the world's first gas turbine full cycle STIG based on the LV-5000 gas generator. Modern engineering, series A, 1989, No. 11, pp. 1-14), in which, in order to increase the efficiency and specific power of a gas turbine installation, steam is supplied to the gas turbine combustion chamber. The supplied steam used as an additional working fluid for turbine operation is obtained in a regenerative heat exchanger, the so-called "Waste heat boiler" by heating and evaporating the supplied water due to the heat of the combustion products.

Аналогичные схемы использованы в отечественной установке МЭС-60 (Батенин В.М., Беляев В.Е., Васютинский В.Ю. и др. Комплексная парогазовая установка с впрыском пара и теплонасосной установкой (ПГУ МЭС-60) для ОАО «Мосэнерго». Институт высоких температур РАН, ММПП ФГУП «Салют», ОАО «Мосэнерго». Москва, 2001), а также описаны, например, в патентах США №№4823546, 5564269, 6370862.Similar schemes were used in the domestic installation of MES-60 (Batenin V.M., Belyaev V.E., Vasyutinsky V.Yu. and others. Integrated combined-cycle plant with steam injection and heat pump unit (CCP MES-60) for Mosenergo Institute for High Temperatures, Russian Academy of Sciences, Moscow State Polytechnic Institute Federal State Unitary Enterprise Salyut, OJSC Mosenergo, Moscow, 2001), and are also described, for example, in US Pat.

Наряду с достижением более высоких энергетических характеристик использование цикла STIG понижает температуру пламени в камере сгорания и тормозит процессы образования токсичных оксидов азота (NOX), а их концентрация в выбросах снижается в несколько раз. Однако уменьшение температуры пламени приводит к замедлению процессов горения и уменьшению полноты сгорания, а при увеличении подачи пара возрастает концентрация оксида углерода СО в выбросах. Принципиальным препятствием для увеличения, например, соотношения пар: метан выше критического является невозможность однородно перемешать за короткое время пребывания в камере сгорания подаваемый пар с газовыми компонентами (см., например, Иванов А.А. и др. О глубоком подавлении выбросов NOX и СО в ГТУ с впрыском воды или пара. Изв. РАН, Энергетика, 2010, №3, стр. 119-128).Along with achieving higher energy characteristics, the use of the STIG cycle lowers the flame temperature in the combustion chamber and inhibits the formation of toxic nitrogen oxides (NO X ), and their concentration in emissions decreases by several times. However, a decrease in the temperature of the flame slows down the combustion processes and reduces the completeness of combustion, and with an increase in the steam supply, the concentration of carbon monoxide CO in the emissions increases. A fundamental obstacle to increasing, for example, the steam: methane ratio above the critical one is the inability to uniformly mix the supplied steam with gas components for a short time in the combustion chamber (see, for example, Ivanov A.A. et al. On the deep suppression of NO X and СО in GTU with water or steam injection (Izv. RAS, Energetika, 2010, No. 3, pp. 119-128).

Известен способ работы газотурбинной установки и устройство для его осуществления (Авторское свидетельство СССР №1746012). В устройстве для осуществления способа, содержащего последовательно подключенные компрессор, камеру сгорания, турбину, теплообменник, конденсатор с теплообменными поверхностями и водяную магистраль, теплообменные поверхности конденсатора выполнены из капиллярно-пористого материала.A known method of operation of a gas turbine installation and a device for its implementation (USSR Author's Certificate No. 1746012). In the device for implementing the method, comprising a series-connected compressor, a combustion chamber, a turbine, a heat exchanger, a condenser with heat exchange surfaces and a water main, the heat transfer surfaces of the condenser are made of capillary-porous material.

Недостатком известного способа и устройства реализующего этот способ является низкая экономичность из-за больших потерь теплоты в окружающую среду.The disadvantage of this method and device that implements this method is the low cost due to the large losses of heat in the environment.

Известен способ, реализованный в парогазовой установке контактного типа (Комбинированная газотурбинная установка мощностью 16-25 МВт с утилизацией тепла отходящих газов и регенерацией воды из парогазового потока. Романов В.И., Кривуц В.А. / Теплоэнергетика, №4, 1996). Способ включает сжатие воздуха в компрессоре, подвод и сжигание топлива в камере сгорания, ввод пара в проточную часть газотурбинного блока, образование парогазовой смеси, расширение ее в турбине для преобразования тепловой энергии в механическую, охлаждение парогазовой смеси в теплообменном устройстве, дополнительное охлаждение и конденсацию влаги парогазовой смеси во втором теплообменном устройстве контактного типа, вывод оставшейся охлажденной парогазовой смеси в атмосферу. Однако в известном способе недостаточно эффективно используется энергия топлива и, кроме того, при использовании установки имеет место повышенное тепловое загрязнение окружающей среды.A known method implemented in a combined-cycle gas turbine unit of the contact type (Combined gas turbine plant with a capacity of 16-25 MW with heat recovery from exhaust gases and water recovery from a gas-vapor stream. Romanov VI, Krivuts VA / Thermal power engineering, No. 4, 1996). The method includes compressing air in a compressor, supplying and burning fuel in a combustion chamber, introducing steam into the flow part of the gas turbine unit, forming a gas-vapor mixture, expanding it in a turbine to convert heat energy into mechanical energy, cooling the gas-vapor mixture in a heat exchanger, additional cooling and condensation of moisture gas-vapor mixture in a second contact-type heat exchanger, withdrawing the remaining cooled vapor-gas mixture into the atmosphere. However, in the known method, fuel energy is not used efficiently and, in addition, when using the installation, there is an increased thermal pollution of the environment.

Наиболее близкой к заявленной газотурбинной установке по устройству и способу функционирования является газотурбинная установка с подачей паро-топливной смеси и способ функционирования этой установки (патент РФ №2527007). Газотурбинная установка с подачей паро-топливной смеси содержит компрессор, камеру сгорания, турбину, потребитель энергии, магистраль топливоподачи и котел утилизатор, снабженный контурами горячего и холодного теплоносителей, где контур горячего теплоносителя выполнен в виде выпускного канала продуктов сгорания из турбины в атмосферу, а контур холодного теплоносителя - в виде канала противоточного выпускному каналу с подключенными на входе противоточного канала коллектором подачи воды, а на выходе - коллектором подачи пара, сообщающимся с камерой сгорания.Closest to the claimed gas turbine installation by the device and method of operation is a gas turbine installation with the supply of steam-fuel mixture and the method of operation of this installation (RF patent No. 2527007). A gas turbine installation with steam-fuel mixture supply contains a compressor, a combustion chamber, a turbine, an energy consumer, a fuel supply line and a recovery boiler equipped with hot and cold coolant circuits, where the hot coolant circuit is made in the form of an exhaust channel of combustion products from the turbine to the atmosphere, and the circuit cold coolant - in the form of a counter-current channel to the outlet channel with a water supply collector connected at the outlet of the counter-current channel, and a steam supply collector communicating at the outlet Msya with a combustion chamber.

Способ функционирования установки заключается в том, что в камеру сгорания ГТУ вводят смесь горячего водяного пара с углеводородным топливом (например, природным газом). Отводят продукты сгорания топлива из камеры сгорания через турбину и горячий контур теплоносителя котла утилизатора в атмосферу. Противоточно продуктам сгорания в котел утилизатор подводят воду, которую от выпускных продуктов сгорания нагревают до превращения в пар.The method of operation of the installation is that a mixture of hot water vapor with hydrocarbon fuel (for example, natural gas) is introduced into the gas turbine combustion chamber. The products of fuel combustion are removed from the combustion chamber through the turbine and the hot heat transfer circuit of the recovery boiler boiler to the atmosphere. Countercurrent to the combustion products, water is introduced into the recovery boiler, which is heated from the exhaust products of the combustion until it turns into steam.

Однако в известной газотурбинной установке и способе ее функционирования невозможно однородно перемешать водяной пар с топливом за короткое время их контакта после смешения и подачи в камеру сгорания для сжигания, что не позволяет существенно увеличить полноту сгорания топлива. Кроме того, к недостаткам такой энергетической установки относится малое использование тепла выпускных газов из-за невозможности значительного подмешивания воды в газообразное топливо перед камерой сгорания и необходимость использования, кроме воды, отдельного активатора горения.However, in the known gas turbine installation and the method of its operation, it is impossible to uniformly mix water vapor with fuel for a short contact time after mixing and feeding into the combustion chamber for combustion, which does not significantly increase the completeness of fuel combustion. In addition, the disadvantages of such a power plant include the low use of heat of exhaust gases due to the impossibility of significantly mixing water into gaseous fuel in front of the combustion chamber and the need to use, in addition to water, a separate combustion activator.

Следует отметить, что:It should be noted that:

- отработавшие продукты сгорания ГТУ содержат водяные пары и необходимый запас теплоты для конденсации этих паров из продуктов сгорания;- the exhaust products of combustion of gas turbines contain water vapor and the necessary heat reserve for condensation of these vapors from the combustion products;

- конверсия углеводородных топлив в водородосодержащий синтез-газ позволяет использовать водородосодержащие обедненные газовые смеси и снижает концентрацию оксидов азота и оксида углерода в продуктах сгорания;- the conversion of hydrocarbon fuels to hydrogen-containing synthesis gas allows the use of hydrogen-containing depleted gas mixtures and reduces the concentration of nitrogen oxides and carbon monoxide in the combustion products;

- принцип использования водородосодержащего синтез-газа для снижения токсичности продуктов сгорания является перспективным, но достигнуть требуемых стандартами экологических норм без использования катализаторов и работы ГТУ на бедных смесях не представляется возможным.- The principle of using hydrogen-containing synthesis gas to reduce the toxicity of combustion products is promising, but it is not possible to achieve the environmental standards required by the standards without the use of catalysts and GTU operation in lean mixtures.

Изобретение относится к ГТУ с газопаровыми циклами и может быть использовано для увеличения полноты сгорания топлива, снижения удельного расхода топлива и снижения эмиссии в атмосферу токсичных продуктов сгорания топлива.The invention relates to gas turbines with gas-steam cycles and can be used to increase the completeness of fuel combustion, reduce specific fuel consumption and reduce emissions of toxic products of fuel combustion into the atmosphere.

В ГТУ целесообразно использовать углеводородное топливо в жидком виде, так как легче дозировать подачу топлива и воды в требуемом соотношении.In gas turbine it is advisable to use hydrocarbon fuel in liquid form, since it is easier to dose the fuel and water supply in the required ratio.

Изобретение обеспечивает получение нескольких технических результатов, в том числе: экономию углеводородного топлива за счет повышения эффективности использования энергии топлива, независимость конвертации смеси паров топлива и воды от посторонних источников воды, снижение вредных выбросов оксидов азота и оксида углерода в атмосферу.The invention provides several technical results, including: saving hydrocarbon fuel by increasing the efficiency of fuel energy use, independence of converting a mixture of fuel vapor and water from extraneous water sources, reducing harmful emissions of nitrogen oxides and carbon monoxide into the atmosphere.

Поставленные задачи для устройства решаются тем, что газотурбинная установка содержит компрессор, камеру сгорания, турбину, потребитель энергии, магистраль топливоподачи с насосом, коллектор подачи воды, коллектор подачи пара и котел-утилизатор, снабженный контурами горячего и холодного теплоносителей. Контур горячего теплоносителя выполнен в виде части выпускного канала продуктов сгорания из турбины в атмосферу, а контур холодного теплоносителя - в виде канала противоточного выпускному каналу с подключенными на входе канала коллектора подачи воды и коллектора подачи топлива, а на выходе - коллектором подачи пара, сообщающимся с камерой сгорания.The tasks for the device are solved in that the gas turbine installation contains a compressor, a combustion chamber, a turbine, an energy consumer, a fuel supply line with a pump, a water supply manifold, a steam supply manifold and a recovery boiler equipped with hot and cold coolant circuits. The hot coolant circuit is made in the form of a part of the exhaust channel of the combustion products from the turbine to the atmosphere, and the cold coolant circuit is made in the form of a countercurrent channel to the exhaust channel with the water supply manifold and fuel supply manifold connected at the inlet of the channel, and the steam supply collector communicating with combustion chamber.

Согласно изобретению для устройства установка содержит радиатор, конденсатор воды, водяную магистраль, емкость воды, насос подачи воды, регулятор давления воды и канал конверсии смеси паров топлива и воды с каталитической структурой в нем. При этом радиатор снабжен контурами горячего и холодного теплоносителей. Контур горячего теплоносителя радиатора выполнен в виде части выпускного канала продуктов сгорания подключенного на входе к выходу контура горячего теплоносителя котла-утилизатора, а контур холодного теплоносителя - в виде канала водяного охлаждения радиатора с отбором нагретой воды потребителю на выходе через кран. Конденсатор включает канал водяного охлаждения с регулятором расхода воды на входе, подключенный на выходе к входу канала водяного охлаждения радиатора, концевую часть выпускного канала продуктов сгорания с теплообменными стенками, снабженную выходом в атмосферу. При этом концевая часть выпускного канала продуктов сгорания через теплообменные стенки конденсатора, внутреннюю полость водяной магистрали конденсатора, емкость воды подключена к потребителю и/или через насос подачи воды и регулятор конденсационной воды к входу противоточного канала котла-утилизатора вместе с магистралью топливоподачи. Противоточный канал контура холодного теплоносителя котла-утилизатора и канал конверсии смеси паров топлива и воды сформированы в виде спиральных трубопроводов, которые расположены последовательно соответственно внутри вдоль стенки части выпускного канала котла-утилизатора и вдоль жаровой трубы камеры сгорания. Выход из противоточного канала котла-утилизатора подключен к входу канала конверсии смеси паров топлива и воды через коллектор подачи пара, а выход из канала конверсии смеси паров топлива и воды - к горелкам камеры сгорания.According to the invention, for a device, the installation comprises a radiator, a water condenser, a water line, a water tank, a water supply pump, a water pressure regulator and a conversion channel for a mixture of fuel and water vapor with a catalytic structure in it. In this case, the radiator is equipped with circuits of hot and cold coolants. The hot radiator coolant circuit is made in the form of a part of the exhaust channel of the combustion products connected at the input to the outlet of the hot heat transfer circuit of the recovery boiler, and the cold coolant circuit is in the form of a radiator water cooling channel with the selection of heated water to the consumer at the outlet through the tap. The condenser includes a water cooling channel with an inlet water flow regulator connected at the output to the inlet of the radiator water cooling channel, an end part of the exhaust channel of the combustion products with heat exchange walls, provided with an outlet to the atmosphere. In this case, the end part of the exhaust channel of the combustion products through the heat exchange walls of the condenser, the internal cavity of the condenser water main, the water tank is connected to the consumer and / or through the water supply pump and the condensation water regulator to the inlet of the counterflow channel of the recovery boiler together with the fuel supply line. The countercurrent channel of the cold coolant circuit of the recovery boiler and the conversion channel of the mixture of fuel and water vapor are formed in the form of spiral pipelines, which are arranged successively inside the wall of the exhaust channel of the recovery boiler and along the flame tube of the combustion chamber. The exit from the counterflow channel of the recovery boiler is connected to the input of the channel for converting the mixture of fuel and water vapors through the steam supply manifold, and the exit from the channel for converting the mixture of fuel and water vapors is connected to the burners of the combustion chamber.

При такой конструкции газотурбинной установки:With this design of a gas turbine unit:

- дополнительное наличие радиатора, конденсатора воды, водяной магистрали, емкости воды, насоса подачи воды, регулятора давления воды, регулятора расхода воды, канала конверсии смеси паров топлива и воды с каталитической структурой в нем и горелок камеры сгорания обеспечивает выработку водородосодержащего синтез-газа и работу ГТУ на нем на обедненных газовоздушных смесях, что обеспечивает экономию углеводородного топлива;- the additional presence of a radiator, a water condenser, a water main, a water tank, a water supply pump, a water pressure regulator, a water flow regulator, a channel for converting a mixture of fuel and water vapor with a catalytic structure in it, and combustion chamber burners ensures the production of hydrogen-containing synthesis gas and operation GTU on it on depleted gas-air mixtures, which saves hydrocarbon fuel;

- снабжение радиатора контурами горячего и холодного теплоносителей, где контур горячего теплоносителя радиатора выполнен в виде части выпускного канала продуктов сгорания, подключенного на входе к выходу контура горячего теплоносителя котла-утилизатора, а контур холодного теплоносителя - в виде канала водяного охлаждения радиатора с отбором нагретой воды потребителю через кран позволяет снизить температуру продуктов сгорания до уровня близкого к температуре конденсации паров воды в них;- supplying the radiator with hot and cold coolant circuits, where the hot radiator coolant circuit is made as part of the exhaust channel of the combustion products connected at the input to the outlet of the hot coolant circuit of the recovery boiler, and the cold coolant circuit is in the form of a radiator water cooling channel with the selection of heated water through a tap, the consumer can reduce the temperature of the combustion products to a level close to the temperature of condensation of water vapor in them;

- наличие в конденсаторе канала водяного охлаждения с регулятором расхода воды на входе, подключенного на выходе к входу канала водяного охлаждения радиатора позволяют осуществить процесс конденсации паров воды из продуктов сгорания;- the presence in the condenser of a water cooling channel with a water flow regulator at the inlet connected at the output to the inlet of the radiator water cooling channel allows the process of condensation of water vapor from the combustion products to be carried out;

- наличие в концевой части выпускного канала теплообменных стенок из проницаемого капиллярно-пористого материала, где концевая часть выпускного канала через теплообменные стенки конденсатора, внутреннюю полость водяной магистрали, емкость воды, коллектор подачи воды, насос подачи воды и регулятор давления вместе с магистралью топливоподачи подключена к входу противоточного канала котла утилизатора позволяет сконденсированной из паров продуктов сгорания водой полностью удовлетворить потребности установки в ней (подтверждено расчетом);- the presence in the end part of the outlet channel of heat-exchange walls made of permeable capillary-porous material, where the end part of the outlet channel through the heat exchange walls of the condenser, the internal cavity of the water line, the water tank, the water supply manifold, the water supply pump and the pressure regulator together with the fuel supply line are connected to the input to the counterflow channel of the recovery boiler allows the water condensed from the fumes of the combustion products to completely satisfy the installation's needs in it (calculation confirmed ohm);

- выход смеси паров топлива и воды из канала конверсии непосредственно к горелкам обеспечивает подачу в камеру сгорания с требуемыми параметрами.- the output of the mixture of fuel vapor and water from the conversion channel directly to the burners provides a supply to the combustion chamber with the required parameters.

- наличие в контуре горячего теплоносителя после котла-утилизатора радиатора и конденсатора воды обеспечивает более полное использование тепла выпускных газов и независимость от постороннего источника воды;- the presence in the circuit of the hot heat carrier after the waste heat boiler and the water condenser ensures a more complete use of the heat of the exhaust gases and independence from an external source of water;

- подключение коллектора подачи воды из конденсатора совместно с магистралью топливоподачи к входу в трубчатую спираль контура противоточного канала холодного теплоносителя котла-утилизатора обеспечивает повышение экономичности ГТУ за счет возвращения в рабочий цикл вместе с предварительно нагретой смесью паров воды и топлива части бросового тепла выпускных газов;- connecting the collector of water supply from the condenser together with the fuel supply line to the inlet to the tubular spiral of the countercurrent channel of the cold heat carrier of the recovery boiler provides improved GTU efficiency by returning part of the exhaust gas waste heat to the cycle together with the preheated mixture of water vapor and fuel;

- наличие в продуктах сгорания вдвое большего количества воды, чем требуется для использования в цикле позволяет упростить конструкцию конденсатора и обеспечить водой постороннего потребителя;- the presence in the combustion products of twice as much water than is required for use in the cycle allows us to simplify the design of the condenser and provide water to an outside consumer;

- формирование противоточного канала контура холодного теплоносителя котла-утилизатора и канала конверсии смеси паров топлива и воды в виде спиральных трубопроводов, которые расположены последовательно соответственно внутри вдоль стенки части выпускного канала котла-утилизатора и вдоль жаровой трубы камеры сгорания увеличивает располагаемое время и путь на образование паров из жидкого топлива и воды, время на перемешивание паров топлива и воды, повышает однородность смеси паров, позволяет увеличить содержание воды в смеси, что повышает полноту сгорания топлива, снижает удельный расход топлива и количество вредных выбросов в атмосферу;- the formation of a countercurrent channel of the cold coolant circuit of the recovery boiler and the channel for converting the mixture of fuel and water vapor in the form of spiral pipelines, which are arranged successively inside the wall of the exhaust channel of the recovery boiler and along the flame tube of the combustion chamber, increases the available time and the path to vapor formation from liquid fuel and water, the time for mixing fuel and water vapor, increases the uniformity of the vapor mixture, allows you to increase the water content in the mixture, which increases provides complete combustion of fuel, reduces specific fuel consumption and the amount of harmful emissions into the atmosphere;

- наличие вдоль стенок жаровой трубы камеры сгорания спирального трубчатого канала с размещенной в нем каталитической структурой позволяет конвертировать пары воды и топлива в синтез-газ, что позволяет более полно использовать энергетические возможности топлив и способствует улучшению экологических характеристик ГТУ.- the presence along the walls of the flame tube of the combustion chamber of a spiral tubular channel with a catalytic structure located in it allows the conversion of water and fuel vapors into synthesis gas, which makes it possible to more fully use the energy capabilities of fuels and helps to improve the environmental performance of gas turbines.

Выполненный в виде спирального трубопровода канал конверсии смеси паров топлива и воды в синтез-газ служит экраном для жаровой трубы практически, не изменяя гидравлического сопротивления камеры сгорания.The channel for converting a mixture of fuel and water vapor into synthesis gas, made in the form of a spiral pipeline, serves as a screen for the flame tube practically without changing the hydraulic resistance of the combustion chamber.

Развитие и уточнение существенных признаков изобретения для частных случаев его выполнения дано далее.The development and refinement of the essential features of the invention for particular cases of its implementation is given below.

Каталитическая структура может быть выполнена в виде никелевого покрытия нанесенного на керамическую матрицу. Исполнение каталитической структуры в виде никелевого покрытия нанесенного на керамическую матрицу на основе оксида алюминия обеспечивает конверсию паров углеводородного топлива и воды в водородосодержащий синтез-газ при заданных температуре и давлении.The catalytic structure can be made in the form of a nickel coating deposited on a ceramic matrix. The execution of the catalytic structure in the form of a nickel coating deposited on a ceramic matrix based on alumina provides the conversion of hydrocarbon fuel and water vapor into a hydrogen-containing synthesis gas at a given temperature and pressure.

Кроме того, теплообменные внутренние стенки конденсатора могут быть выполнены из проницаемого капиллярно-пористого материала. Это позволяет выделять воду, конденсированную из водяных паров в продуктах сгорания.In addition, the heat exchange inner walls of the condenser can be made of permeable capillary-porous material. This allows you to allocate water condensed from water vapor in the combustion products.

Для решения поставленных задач способ функционирования газотурбинной установки заключается в том, что сжимают воздух в компрессоре и с топливом подают в камеру сгорания. Выводят установку на установившийся режим. На установившемся режиме отводят продукты сгорания топлива из камеры сгорания через турбину и горячий контур теплоносителя котла-утилизатора в виде выпускного канала котла-утилизатора в атмосферу. Противоточно продуктам сгорания горячего контура в котел-утилизатор по контуру холодного теплоносителя подводят через коллектор воду. Посредством нагрева от продуктов сгорания превращают воду в пар и направляют через коллектор подачи пара в камеру сгорания.To solve the tasks, the method of functioning of a gas turbine installation is to compress the air in the compressor and feed it into the combustion chamber with fuel. Set the installation to steady state. In the steady state, the products of fuel combustion are removed from the combustion chamber through the turbine and the hot heat transfer circuit of the recovery boiler in the form of the exhaust channel of the recovery boiler to the atmosphere. In contrast to the products of combustion of the hot circuit, water is supplied through the collector to the recovery boiler along the cold coolant circuit. By heating from the combustion products, water is converted to steam and sent through the steam supply manifold to the combustion chamber.

Согласно изобретению по способу функционирования из части выпускного канала котла-утилизатора продукты сгорания направляют в радиатор, где обеспечивают их охлаждение до температуры близкой к температуре конденсации водяных паров посредством теплоотдачи в канал водяного охлаждения радиатора, нагретую воду из которого направляют потребителю через кран. Далее продукты сгорания направляют в конденсатор, где обеспечивают их охлаждение до температуры ниже температуры конденсации водяных паров посредством теплоотдачи в канал водяного охлаждения конденсатора. Осуществляют конденсацию паров воды из продуктов сгорания и слив воды в емкость через внутреннюю полость водяной магистрали конденсатора. Одновременно воду из емкости подают потребителю и/или на вход в противоточный канал контура холодного теплоносителя котла-утилизатора насосом через регулятор расхода конденсированной воды вместе с углеводородным топливом. В противоточном канале котла-утилизатора воду и топливо смешивают и нагревают от продуктов сгорания до образования смеси паров топлива и воды с температурой 350-400°С и давлением 20-70 кг/см2. Далее смесь паров через коллектор подачи пара направляют в размещенный в камере сгорания канал конверсии смеси паров топлива и воды и нагревают от продуктов сгорания в присутствии катализатора с последующей конвертацией смеси в синтез-газ при температуре 700-900°С и давлении 20-50 кг/см2 и подают синтез-газ вместе с частью (~5-15%) непрореагировавших продуктов деструкции топлива и воды в качестве топлива из канала конверсии для сжигания в горелки камеры сгорания.According to the invention, according to the method of functioning from a part of the exhaust channel of the recovery boiler, the combustion products are sent to a radiator, where they are cooled to a temperature close to the condensation temperature of water vapor through heat transfer to the radiator water cooling channel, from which the heated water is sent to the consumer through a faucet. Next, the combustion products are sent to the condenser, where they are cooled to a temperature below the condensation temperature of water vapor through heat transfer to the water cooling channel of the condenser. Carry out the condensation of water vapor from the combustion products and drain the water into the tank through the internal cavity of the condenser water line. At the same time, water from the tank is supplied to the consumer and / or to the inlet to the countercurrent channel of the cold coolant circuit of the recovery boiler by a pump through a condensed water flow controller together with hydrocarbon fuel. In the counterflow channel of the recovery boiler, water and fuel are mixed and heated from the combustion products to form a mixture of fuel vapor and water with a temperature of 350-400 ° C and a pressure of 20-70 kg / cm 2 . Next, the vapor mixture through the steam supply manifold is sent to the conversion channel for the mixture of fuel and water vapor placed in the combustion chamber and heated from the combustion products in the presence of a catalyst, followed by conversion of the mixture into synthesis gas at a temperature of 700-900 ° C and a pressure of 20-50 kg / cm 2 and the synthesis gas is supplied together with a part (~ 5-15%) of unreacted products of fuel and water destruction as fuel from the conversion channel for burning into the burners of the combustion chamber.

Тепло затраченное на конверсию топливо-водяной смеси в синтез-газ возвращается в цикл при сжигании продуктов конверсии в камере сгорания.The heat spent on the conversion of the fuel-water mixture to synthesis gas is returned to the cycle when the conversion products are burned in the combustion chamber.

При таком способе функционирования:With this method of functioning:

- направление из выпускного канала котла-утилизатора продуктов сгорания в радиатор, где обеспечивают их охлаждение до температуры близкой к температуре конденсации водяных паров посредством теплоотдачи в канал водяного охлаждения радиатора создает условия для последующей конденсации воды из продуктов сгорания;- the direction from the exhaust channel of the waste heat boiler to the radiator, where they are cooled to a temperature close to the condensation temperature of the water vapor by means of heat transfer to the radiator water cooling channel, creates conditions for the subsequent condensation of water from the combustion products;

- направление продуктов сгорания из радиатора в конденсатор, где обеспечивают их охлаждение до температуры ниже температуры конденсации водяных паров посредством теплоотдачи в канал водяного охлаждения конденсатора и осуществляют конденсацию паров воды из продуктов сгорания с выделением воды на стенках и впитыванием воды через проницаемые пористые стенки за счет капиллярных сил в емкость через внутреннюю полость водяной магистрали конденсатора позволяет работать установке независимо от посторонних источников воды. Излишки воды направляют потребителю;- the direction of the combustion products from the radiator to the condenser, where they are cooled to a temperature below the condensation temperature of water vapor through heat transfer to the condenser water cooling channel and the condensation of water vapor from the combustion products with the release of water on the walls and absorption of water through permeable porous walls due to capillary forces into the tank through the internal cavity of the condenser water line allows the installation to operate independently of extraneous water sources. Excess water is directed to the consumer;

- одновременная с конденсацией подача воды из емкости на вход в противоточный канал контура холодного теплоносителя котла-утилизатора насосом через регулятор давления вместе с топливом обеспечивает непрерывную работу установки;- simultaneous with condensation, the supply of water from the tank to the inlet of the countercurrent channel of the cold coolant circuit of the recovery boiler by the pump through the pressure regulator together with the fuel ensures continuous operation of the installation;

- смешение и нагревание от продуктов сгорания в противоточном трубчатом спиральном канале котла-утилизатора топлива и воды до образования смеси паров топлива и воды с температурой 350-400°С и давлением 20-70 кг/см2 повышает однородность смеси и позволяет использовать в установке жидкое углеводородное топливо вместе с водой при заданном соотношении;- mixing and heating from the combustion products in the countercurrent tubular spiral channel of the fuel and water recovery boiler to a mixture of fuel and water vapors with a temperature of 350-400 ° C and a pressure of 20-70 kg / cm 2 increases the uniformity of the mixture and allows the use of liquid hydrocarbon fuel with water at a given ratio;

- последующая подача смесь паров топлива и воды через коллектор подачи пара в размещенный в камере сгорания трубчатый спиральный канал конверсии смеси паров топлива и воды, где ее нагревают от продуктов сгорания в присутствии катализатора с последующей конвертацией смеси в синтез-газ при температуре 700-900°С и давлении 20-50 кг/см2 и подают синтез-газ вместе с частью (~5-15%) непрореагировавших продуктов деструкции топлива и воды в качестве топлива из канала конверсии для сжигания в горелки камеры сгорания повышает эффективность использования энергии углеводородного топлива.- subsequent supply of a mixture of fuel and water vapor through a steam supply manifold into a tubular spiral channel for converting a mixture of fuel and water vapor in the combustion chamber, where it is heated from the combustion products in the presence of a catalyst, followed by conversion of the mixture into synthesis gas at a temperature of 700-900 ° C and a pressure of 20-50 kg / cm 2 and supplied synthesis gas together with a part (~ 5-15%) of the unreacted fuel and water product degradation as fuel from the channel conversion for combustion in the combustion chamber increases the efficiency of the burner nergii hydrocarbon fuel.

Способ функционирования ГТУ может иметь уточнение. Конденсацию паров воды из продуктов сгорания можно осуществлять с выделением воды на внутренних стенках конденсатора и впитывать воду через проницаемые пористые стенки за счет капиллярных сил. Это уменьшает потери теплоты в окружающую среду.The method of functioning of the gas turbine may be clarified. The condensation of water vapor from the combustion products can be carried out with the release of water on the inner walls of the condenser and absorb water through permeable porous walls due to capillary forces. This reduces heat loss to the environment.

Отобранная от продуктов сгорания теплота для нагрева и парообразования топлива и воды и конверсии смеси паров топлива и воды в синтез-газ при подаче синтез-газа в камеру сгорания возвращается обратно в цикл, тем самым повышая эффективный к.п.д. газотурбинной установки по сравнению с традиционными установками.The heat taken from the combustion products for heating and vaporization of the fuel and water and the conversion of the mixture of fuel and water vapor into synthesis gas when the synthesis gas is fed into the combustion chamber is returned back to the cycle, thereby increasing the effective efficiency gas turbine installation in comparison with traditional installations.

Подача в камеру сгорания ГТУ вместо жидкого углеводородного топлива газообразного водородосодержащего синтез-газа позволяет более полно использовать энергетические возможности топлива и значительно снизить удельный расход топлива и эмиссию в атмосферу токсичных веществ в продуктах сгорания.The supply to the combustion chamber of a gas turbine instead of liquid hydrocarbon fuel of a gaseous hydrogen-containing synthesis gas makes it possible to more fully utilize the energy potential of the fuel and significantly reduce the specific fuel consumption and the emission of toxic substances into the atmosphere in the combustion products.

В авиа керосине и дизельном топливе содержание водорода составляет порядка 15% и при сжигании 1 кг этих топлив образуется порядка 1,3 кг воды. Таким образом, продукты сгорания синтез-газа содержат вдвое больше воды, что требуется ввести в ГТУ вместе с топливом.In aviation kerosene and diesel fuel, the hydrogen content is about 15%, and when 1 kg of these fuels are burned, about 1.3 kg of water is formed. Thus, the synthesis gas combustion products contain twice as much water, which is required to be introduced into the gas turbine together with the fuel.

При такой ГТУ и способе ее функционирования решены поставленные в изобретении задачи:With such a gas turbine and the method of its operation, the tasks set in the invention are solved:

- увеличена полнота сгорания углеводородного топлива;- increased completeness of combustion of hydrocarbon fuels;

- снижен удельный расход топлива;- reduced specific fuel consumption;

- снижена эмиссия в атмосферу токсичных продуктов сгорания.- reduced emissions of toxic combustion products into the atmosphere.

Реализация заявляемого изобретения обеспечивает достижение следующих технических результатов;The implementation of the claimed invention ensures the achievement of the following technical results;

- экономии углеводородного топлива за счет повышения эффективности использования энергии топлива;- saving hydrocarbon fuel by improving the energy efficiency of fuel;

- снижение эмиссии вредных выбросов оксидов азота и оксида углерода;- reduction of emissions of harmful emissions of nitrogen oxides and carbon monoxide;

- независимое функционирование установки от посторонних источников воды;- independent operation of the installation from extraneous water sources;

- использование для ГТУ авиационных ГТД с выработанным ресурсом.- Use of gas turbine engines with exhausted resources for gas turbine engines.

Настоящее изобретение поясняется последующим описанием конструкции газотурбинной установки и способа ее функционирования со ссылкой на схематичный чертеж.The present invention is illustrated by the following description of the design of the gas turbine installation and the method of its operation with reference to the schematic drawing.

Газотурбинная установка содержит (см. чертеж) компрессор 1, камеру сгорания 2, турбину 3, потребитель энергии 4, магистраль 5 топливоподачи с насосом 6, коллектор 7 подачи воды, коллектор 8 подачи пара и котел-утилизатор 9. Потребитель энергии 4 может быть выполнен в виде электрогенератора, насоса или другой вращающейся машины. Котел-утилизатор 9 снабжен контурами горячего и холодного теплоносителей. Контур горячего теплоносителя выполнен в виде части 10 выпускного канала продуктов сгорания из турбины 3 в атмосферу. Контур холодного теплоносителя выполнен в виде канала 11 противоточного части 10 выпускного канала с подключенным на входе канала 11 коллектором 7 подачи воды, а на выходе - коллектором 8 подачи пара, сообщающимся с камерой сгорания 2. Установка дополнительно содержит радиатор 12, конденсатор 13 воды с водяной магистралью 14, емкость 15 конденсированной воды, насос 16 подачи воды, регулятор 17 расхода воды, регулятор 18 расхода охлаждающей воды, канал 19 конверсии смеси паров топлива и воды с каталитической структурой в нем и горелки (не показано). Каталитическая структура выполнена в виде никелевого покрытия нанесенного на керамическую матрицу на основе оксида алюминия (не показано). Радиатор 12 снабжен контурами горячего и холодного теплоносителей, контур горячего теплоносителя радиатора 12 выполнен в виде части 20 выпускного канала продуктов сгорания, подключенного на входе к выходу части 10 контура горячего теплоносителя котла-утилизатора 9, а контур холодного теплоносителя - в виде канала 21 водяного охлаждения радиатора 12. Конденсатор 13 включает канал 22 водяного охлаждения с регулятором 18 расхода воды на входе, подключенный на выходе к входу канала 21 водяного охлаждения радиатора 12 и концевую часть 23 выпускного канала продуктов сгорания, снабженную выходом в атмосферу с внутренними теплообменными стенками 24 из проницаемого капиллярно-пористого материала. Расход воды через регулятор 18 определяется требуемым уровнем теплоотдачи от продуктов сгорания в каналы водяного охлаждения 21, 22. Концевая часть 23 выпускного канала продуктов сгорания через теплообменные стенки 24 конденсатора 13, внутреннюю полость (не показано) водяной магистрали 14 конденсатора, емкость 15 конденсированной воды, насос 16 расхода воды и регулятор 17 расхода конденсированной воды подключены к входу противоточного канала 11 котла-утилизатора 9 вместе с магистралью 5 топливоподачи с насосом 6. Противоточный канал 11 контура холодного теплоносителя котла-утилизатора 9 и канал 19 конверсии смеси паров топлива и воды сформированы в виде спиральных трубопроводов, которые расположены последовательно соответственно внутри вдоль стенки части 10 выпускного канала котла-утилизатора 9 и вдоль жаровой трубы (не показано) камеры сгорания 2. Выход из противоточного канала 11 котла-утилизатора 9 подключен к входу канала 19 конверсии смеси паров топлива и воды через коллектор 8 подачи пара, а выход 25 из канала конверсии 19 смеси паров топлива и воды - к горелкам камеры сгорания (не показано).The gas turbine installation contains (see the drawing) a compressor 1, a combustion chamber 2, a turbine 3, an energy consumer 4, a fuel supply line 5 with a pump 6, a water supply manifold 7, a steam supply manifold 8 and a recovery boiler 9. An energy consumer 4 can be made in the form of an electric generator, pump or other rotating machine. The waste heat boiler 9 is equipped with hot and cold coolant circuits. The hot coolant circuit is made in the form of part 10 of the exhaust channel of the products of combustion from the turbine 3 into the atmosphere. The coolant circuit is made in the form of a channel 11 of the countercurrent part 10 of the exhaust channel with a collector 7 for supplying water at the inlet of the channel 11, and a collector 8 for supplying steam communicating with the combustion chamber 2 at the outlet. The installation further comprises a radiator 12, a water condenser 13 with line 14, a condensed water tank 15, a water supply pump 16, a water flow controller 17, a cooling water flow controller 18, a conversion channel 19 of a mixture of fuel vapor and water with a catalytic structure therein and a burner (not shown). The catalytic structure is made in the form of a nickel coating deposited on a ceramic matrix based on aluminum oxide (not shown). The radiator 12 is equipped with hot and cold coolant circuits, the hot coolant circuit of the radiator 12 is made in the form of part 20 of the exhaust channel of the combustion products connected at the input to the output of part 10 of the hot coolant circuit of the recovery boiler 9, and the cold coolant circuit is in the form of a water cooling channel 21 radiator 12. The condenser 13 includes a water cooling channel 22 with an inlet water flow regulator 18 connected at the output to the input of the water cooling channel 21 of the radiator 12 and the end part 23 of the exhaust channel and the combustion products outlet to atmosphere equipped with internal heat exchange walls 24 of permeable capillary-porous material. The water flow through the regulator 18 is determined by the required level of heat transfer from the combustion products to the water cooling channels 21, 22. The end part 23 of the exhaust channel of the combustion products through the heat exchange walls 24 of the condenser 13, the internal cavity (not shown) of the condenser water line 14, the condensed water tank 15, a pump 16 for water flow and a regulator 17 for the flow of condensed water are connected to the input of the counterflow channel 11 of the recovery boiler 9 together with the fuel supply pipe 5 with pump 6. Counterflow channel 11 of the cold circuit of the heat transfer medium of the recovery boiler 9 and the channel 19 for converting the mixture of fuel and water vapors are formed in the form of spiral pipelines, which are arranged successively inside the wall of the exhaust duct of the recovery boiler 9 and along the flame tube (not shown) of combustion chamber 2. Exit the counterflow channel 11 of the recovery boiler 9 is connected to the input of the channel 19 for converting the mixture of fuel and water vapor through the collector 8 for supplying steam, and the output 25 from the channel for converting 19 of the mixture of fuel and water vapor to the burners of the combustion chamber (not Zano).

Способ функционирования газотурбинной установки заключается в том, что при запуске от стартера (не показано) сжимают воздух в компрессоре 1 и с жидким углеводородным топливом подают в камеру сгорания 2. Выводят установку на установившийся режим. На установившемся режиме отводят продукты сгорания топлива из камеры сгорания 2 через турбину 3 и горячий контур теплоносителя котла-утилизатора 9 в виде части 10 выпускного канала в атмосферу. Противоточно продуктам сгорания горячего контура в котел-утилизатор 9 по каналу 11 контура холодного теплоносителя подводят через коллектор 7 воду и нагревают воду теплом продуктов сгорания. Превращают воду в пар и направляют через коллектор 8 подачи пара в камеру сгорания 2. Из части 10 выпускного канала котла-утилизатора 9 продукты сгорания направляют в радиатор 12, где обеспечивают их охлаждение до температуры близкой к температуре конденсации водяных паров посредством теплоотдачи в канал 21 водяного охлаждения радиатора. Нагретую воду из канала 21 направляют потребителю через кран. Далее продукты сгорания направляют в конденсатор 13, где обеспечивают их охлаждение до температуры ниже температуры конденсации водяных паров посредством теплоотдачи в канал 22 водяного охлаждения конденсатора и осуществляют конденсацию паров воды из продуктов сгорания с выделением воды на стенках 24, впитыванием воды через проницаемые пористые стенки 24 за счет капиллярных сил и слив воды в емкость 15 через внутреннюю полость водяной магистрали 14 конденсатора. Одновременно воду из емкости 15 подают потребителю и/или на вход в противоточный канал 11 контура холодного теплоносителя котла-утилизатора 9 насосом 16 через регулятор 17 давления вместе с жидким топливом. Излишки воды из емкости 15 направляют потребителю через кран. В противоточном канале 11 котла-утилизатора 9 воду и топливо смешивают и нагревают от продуктов сгорания до образования смеси паров топлива и воды с температурой 350-400°С и давлением 20-70 кг/см2. Давление в противоточном канале устанавливают регулятором 17. Далее смесь паров через коллектор 8 подачи пара направляют в размещенный в камере сгорания 2 канал 19 конверсии смеси паров топлива и воды и нагревают от продуктов сгорания в присутствии катализатора с последующей конвертацией смеси в водородосодержащий синтез-газ (СО+Н2) при температуре 700-900°С и давлении 20-50 кг/см2. За счет тепла перегретого пара происходит преимущественное испарение воды благодаря большей летучести ее паров. Вследствие преимущественного испарения воды концентрация водорода будет возрастать и одновременно с этим будут усиливаться его свойства как активатора горения. Подают синтез-газ вместе с частью непрореагировавших продуктов деструкции топлива и воды в качестве топлива из канала 19 конверсии смеси паров топлива и воды для сжигания в горелки камеры сгорания 2 (не показано).The method of functioning of a gas turbine installation is that when starting from a starter (not shown), air is compressed in the compressor 1 and fed with liquid hydrocarbon fuel to the combustion chamber 2. The installation is brought to a steady state. In the steady state, the products of fuel combustion are removed from the combustion chamber 2 through the turbine 3 and the hot coolant circuit of the recovery boiler 9 in the form of a part 10 of the exhaust channel to the atmosphere. Countercurrent to the products of combustion of the hot circuit in the waste heat boiler 9 through the channel 11 of the cold coolant circuit, water is supplied through the collector 7 and the water is heated by the heat of the combustion products. Water is converted into steam and sent through the manifold 8 to supply steam to the combustion chamber 2. From part 10 of the exhaust channel of the recovery boiler 9, the combustion products are sent to the radiator 12, where they are cooled to a temperature close to the condensation temperature of the water vapor through heat transfer to the water channel 21 radiator cooling. Heated water from the channel 21 is directed to the consumer through a tap. Next, the combustion products are sent to the condenser 13, where they are cooled to a temperature below the condensation temperature of the water vapor by means of heat transfer to the condenser water cooling channel 22 and the water vapor is condensed from the combustion products with the release of water on the walls 24, by absorbing water through the permeable porous walls 24 behind the account of capillary forces and the discharge of water into the container 15 through the internal cavity of the condenser water line 14. At the same time, water from the tank 15 is supplied to the consumer and / or to the inlet to the countercurrent channel 11 of the cold coolant circuit of the recovery boiler 9 by the pump 16 through the pressure regulator 17 together with liquid fuel. Excess water from the tank 15 is directed to the consumer through a tap. In the counterflow channel 11 of the recovery boiler 9, water and fuel are mixed and heated from the combustion products to form a mixture of fuel vapor and water with a temperature of 350-400 ° C and a pressure of 20-70 kg / cm 2 . The pressure in the countercurrent channel is set by the regulator 17. Next, the vapor mixture through the steam supply manifold 8 is sent to the conversion channel 19 of the mixture of fuel and water vapor placed in the combustion chamber 2 and heated from the combustion products in the presence of a catalyst, followed by conversion of the mixture into hydrogen-containing synthesis gas (СО + H 2 ) at a temperature of 700-900 ° C and a pressure of 20-50 kg / cm 2 . Due to the heat of superheated steam, predominant evaporation of water occurs due to the greater volatility of its vapors. Due to the predominant evaporation of water, the hydrogen concentration will increase and at the same time, its properties as a combustion activator will be enhanced. Syngas is supplied together with part of the unreacted products of the destruction of fuel and water as fuel from the channel 19 for converting the mixture of fuel vapor and water for combustion into the burners of the combustion chamber 2 (not shown).

Проведенные термодинамические расчеты заявляемой установки на базе газотурбинной установки мощностью 10МВт (на номинальном режиме работы) показали, что при исходной традиционной схеме ГТУ этой же мощности с удельным расходом топлива на крейсерском режиме 0,2 кг/л.с. час (эффективный КПД 30,8%) реализация предлагаемой энергетической установки позволяет повысить эффективный КПД установки до 35% при нагреве топливо-водяной смеси продуктами сгорания до 400°С и до 34,5% при нагреве до 320°С. В первом случае экономичность предлагаемой энергетической установки улучшается на 14%, во втором - на 12%.Conducted thermodynamic calculations of the inventive installation on the basis of a gas turbine unit with a capacity of 10 MW (in nominal operation mode) showed that with the initial traditional gas turbine design of the same power with a specific fuel consumption of 0.2 kg / hp at cruising mode. hour (effective efficiency of 30.8%) the implementation of the proposed power plant can increase the effective efficiency of the installation to 35% when the fuel-water mixture is heated by combustion products to 400 ° C and to 34.5% when heated to 320 ° C. In the first case, the efficiency of the proposed power plant improves by 14%, in the second - by 12%.

Экономический эффект от использования предлагаемой энергетической установки увеличивается если она создается на базе традиционной ГТУ с удельным расходом топлива большим, чем 0,2 кг/л.с.час (эффективный КПД менее 30,8%).The economic effect of using the proposed power plant increases if it is created on the basis of a traditional gas turbine with a specific fuel consumption of more than 0.2 kg / hp / hour (effective efficiency of less than 30.8%).

Экономичность предлагаемой энергетической установки можно дополнительно улучшить, если ввести в ее конструкцию свободную турбину, работающую на нагретых парах топлива и воды или продуктах конверсии топливо-водяной смеси. В первом случае при исходной мощности установки 10 МВт дополнительная турбина будет генерировать примерно 200кВт, во втором - около 300 кВт, что составляет прирост мощности установки, соответственно, на 2 и 3%.The efficiency of the proposed power plant can be further improved by introducing into its design a free turbine operating on heated fuel and water vapor or fuel-water mixture conversion products. In the first case, at an initial installation capacity of 10 MW, an additional turbine will generate about 200 kW, in the second - about 300 kW, which represents an increase in installation capacity, respectively, by 2 and 3%.

Проведенные экспериментальные исследования конверсии топлива керосин-водяной смеси при нагреве 700-900°С в теплообменнике с нанесенным на поверхность теплопередающих каналов катализатором (например, никель на Аl2О3) показали, что возможно получить 85-95% синтез-газа в смеси с непрореагировавшими парами воды и продуктами деструкции топлива. При этом на стенках каналов теплообменника не образуются отложения (И.А. Басина, Ю.П. Малков, О.Н. Молчанов, С.Г. Степанов, Трощиненко - Термодинамическое исследование характеристик конвертора с раздельной подачей углеводородного топлива на термоокислительную и паровую конверсию. Теплофизика и аэромеханика 2014, Т. 21, №2, с. 261-267).The experimental studies of the conversion of fuel of a kerosene-water mixture when heated to 700-900 ° C in a heat exchanger with a catalyst deposited on the surface of the heat transfer channels (for example, nickel on Al 2 O 3 ) showed that it is possible to obtain 85-95% of the synthesis gas mixed with unreacted water vapor and fuel degradation products. In this case, deposits do not form on the walls of the heat exchanger channels (I.A. Basina, Yu.P. Malkov, ON, Molchanov, S.G. Stepanov, Troshchinenko - Thermodynamic study of the characteristics of a converter with separate supply of hydrocarbon fuel for thermo-oxidative and steam conversion Thermophysics and Aeromechanics 2014, Vol. 21, No. 2, pp. 261-267).

Claims (5)

1. Газотурбинная установка, содержащая компрессор, камеру сгорания, турбину, потребитель энергии, магистраль топливоподачи с насосом, коллектор подачи воды, коллектор подачи пара и котел-утилизатор, снабженный контурами горячего и холодного теплоносителей, где контур горячего теплоносителя выполнен в виде части выпускного канала продуктов сгорания из турбины в атмосферу, а контур холодного теплоносителя - в виде канала противоточного выпускному каналу с подключенными на входе канала коллектором подачи воды, а на выходе - коллектором подачи пара, сообщающимся с камерой сгорания, отличающаяся тем, что дополнительно содержит радиатор, конденсатор воды, водяную магистраль конденсатора, емкость воды, насос и регулятор расхода конденсированной воды, регулятор расхода воды системы охлаждения, канал конверсии смеси паров топлива и воды с каталитической структурой в нем и горелки камеры сгорания, при этом радиатор снабжен контурами горячего и холодного теплоносителей, контур горячего теплоносителя радиатора выполнен в виде части выпускного канала продуктов сгорания, подключенного на входе к выходу контура горячего теплоносителя котла-утилизатора, а контур холодного теплоносителя - в виде канала водяного охлаждения радиатора с отбором нагретой воды потребителю на выходе через кран, конденсатор включает канал водяного охлаждения с регулятором расхода воды охлаждения на входе, подключенный на выходе к входу канала водяного охлаждения радиатора, концевую часть выпускного канала продуктов сгорания с теплообменными стенками, снабженную выходом в атмосферу, при этом концевая часть выпускного канала продуктов сгорания через теплообменные стенки конденсатора, внутреннюю полость водяной магистрали конденсатора, емкость воды на выходе подключена к потребителю и/или через насос и регулятор расхода конденсированной воды к входу противоточного канала котла-утилизатора вместе с магистралью топливоподачи, причем противоточный канал контура холодного теплоносителя котла-утилизатора и канал конверсии смеси паров топлива и воды сформированы в виде спиральных трубопроводов, которые расположены последовательно соответственно внутри вдоль стенки части выпускного канала котла-утилизатора и вдоль жаровой трубы камеры сгорания, выход из противоточного канала котла-утилизатора подключен к входу канала конверсии смеси паров топлива и воды через коллектор подачи пара, а выход из канала конверсии смеси паров топлива и воды - к горелкам камеры сгорания.1. A gas turbine installation comprising a compressor, a combustion chamber, a turbine, an energy consumer, a fuel supply line with a pump, a water supply manifold, a steam supply manifold and a recovery boiler equipped with hot and cold coolant circuits, where the hot coolant circuit is made as part of the exhaust channel combustion products from the turbine to the atmosphere, and the coolant circuit is in the form of a counter-current channel to the exhaust channel with a water supply collector connected at the channel inlet, and a collector underneath Ace of steam in communication with the combustion chamber, characterized in that it further comprises a radiator, a water condenser, a condenser water line, a water tank, a condensate water pump and a flow controller, a cooling system water flow controller, a conversion channel for a mixture of fuel and water vapor with a catalytic structure in it and the burner of the combustion chamber, while the radiator is equipped with hot and cold coolant circuits, the hot radiator coolant circuit is made as part of the exhaust channel of the combustion products at the inlet to the outlet of the hot heat transfer circuit of the recovery boiler, and the cold coolant circuit - in the form of a water cooling channel for the radiator with the selection of heated water to the consumer at the outlet through the tap, the condenser includes a water cooling channel with an inlet cooling water flow regulator connected at the output to the inlet of the water cooling channel of the radiator, the end part of the exhaust channel of the combustion products with heat exchange walls, provided with an outlet to the atmosphere, while the end part of the exhaust channel of the products Gorania through the heat exchange walls of the condenser, the internal cavity of the condenser water main, the outlet water tank is connected to the consumer and / or through the pump and the condensed water flow regulator to the inlet of the counterflow channel of the recovery boiler along with the fuel supply line, moreover, the counterflow channel of the cold coolant circuit of the recovery boiler and the channel for converting the mixture of fuel and water vapor are formed in the form of spiral pipelines, which are arranged sequentially respectively inside along the wall h outlet duct of the waste heat boiler and along the combustion tube flame tube, the outlet of the counterflow channel of the waste heat boiler is connected to the inlet of the conversion channel for the fuel and water vapor mixture through the steam supply manifold, and the outlet from the conversion channel for the mixture of fuel vapor and water to the burners of the combustion chamber . 2. Газотурбинная установка по п. 1, отличающаяся тем, что каталитическая структура выполнена в виде никелевого покрытия, нанесенного на керамическую матрицу на основе оксида алюминия.2. Gas turbine installation according to claim 1, characterized in that the catalytic structure is made in the form of a nickel coating deposited on a ceramic matrix based on aluminum oxide. 3. Газотурбинная установка по п. 1, отличающаяся тем, что теплообменные стенки конденсатора выполнены из проницаемого капиллярно-пористого материала.3. Gas turbine installation according to claim 1, characterized in that the heat exchange walls of the condenser are made of permeable capillary-porous material. 4. Способ функционирования газотурбинной установки, заключающийся в том, что сжимают воздух в компрессоре и с углеводородным топливом подают в камеру сгорания, выводят установку на установившийся режим, на установившемся режиме отводят продукты сгорания топлива из камеры сгорания через турбину и горячий контур теплоносителя котла-утилизатора в виде части выпускного канала в атмосферу, противоточно продуктам сгорания горячего контура в котел-утилизатор по контуру холодного теплоносителя подводят через коллектор воду и нагревают воду теплом продуктов сгорания, превращают воду в пар и направляют через коллектор подачи пара в камеру сгорания, отличающийся тем, что из части выпускного канала котла-утилизатора продукты сгорания направляют в радиатор, где обеспечивают их охлаждение до температуры, близкой к температуре конденсации водяных паров посредством теплоотдачи в канал водяного охлаждения радиатора, нагретую воду из которого направляют потребителю через кран, далее продукты сгорания направляют в конденсатор, где обеспечивают их охлаждение до температуры ниже температуры конденсации водяных паров посредством теплоотдачи в канал водяного охлаждения конденсатора и осуществляют конденсацию паров воды из продуктов сгорания и слив воды в емкость через внутреннюю полость водяной магистрали конденсатора, одновременно конденсированную воду из емкости подают потребителю и/или на вход в противоточный канал контура холодного теплоносителя котла-утилизатора насосом через регулятор расхода конденсированной воды вместе с топливом, в противоточном канале котла-утилизатора воду и топливо смешивают и нагревают от продуктов сгорания до образования смеси паров топлива и воды с температурой 350-400°С и давлением 20-70 кг/см2, а далее смесь паров через коллектор подачи пара направляют в размещенный в камере сгорания канал конверсии смеси паров топлива и воды и нагревают от продуктов сгорания в присутствии катализатора с последующей конвертацией смеси в синтез-газ при температуре 700-900°С и давлении 20-50 кг/см2 и подают синтез-газ вместе с частью непрореагировавших продуктов деструкции топлива и воды в качестве топлива из канала конверсии смеси паров топлива и воды для сжигания в горелки камеры сгорания.4. The method of operation of a gas turbine installation, which consists in compressing air in a compressor and supplying it with hydrocarbon fuel to the combustion chamber, putting the installation into steady mode, in steady state, the products of fuel combustion are removed from the combustion chamber through the turbine and the hot heat transfer circuit of the recovery boiler in the form of a part of the exhaust channel into the atmosphere, countercurrent to the products of combustion of the hot circuit, water is fed through the collector along the cold coolant circuit through the collector and the water is heated ashes of the combustion products, turn water into steam and direct it through the steam supply manifold to the combustion chamber, characterized in that from the part of the exhaust channel of the recovery boiler, the combustion products are sent to a radiator, where they are cooled to a temperature close to the temperature of condensation of water vapor through heat transfer into the water cooling channel of the radiator, the heated water from which is sent to the consumer through a tap, then the combustion products are sent to the condenser, where they are cooled to a temperature below those water vapor condensation temperature by means of heat transfer to the condenser water cooling channel and water vapor is condensed from the combustion products and the water is drained into the vessel through the internal cavity of the condenser water line, while the condensed water from the vessel is supplied to the consumer and / or to the inlet to the counterflow channel of the boiler coolant circuit - of the utilizer with a pump through the condensate water flow rate regulator together with the fuel, in the counterflow channel of the recovery boiler, water and fuel are mixed and Revai from the combustion products to form a mixture of fuel vapor and water with a temperature of 350-400 ° C and a pressure of 20-70 kg / cm 2, and further the vapor mixture through the manifold is directed to the steam disposed in the combustion chamber channel conversion mixture of fuel vapor and water, and heated from the combustion products in the presence of a catalyst, followed by converting the mixture into synthesis gas at a temperature of 700-900 ° C and a pressure of 20-50 kg / cm 2 and supplying synthesis gas along with some of the unreacted degradation products of fuel and water as fuel from the channel steam mixture conversion in fuel and water for combustion in the burner of the combustion chamber. 5. Способ функционирования газотурбинной установки по п. 4, отличающийся тем, что конденсацию паров воды из продуктов сгорания осуществляют с выделением воды на внутренних стенках и впитыванием воды через проницаемые пористые стенки за счет капиллярных сил.5. The method of functioning of a gas turbine installation according to claim 4, characterized in that the condensation of water vapor from the combustion products is carried out with the release of water on the inner walls and the absorption of water through permeable porous walls due to capillary forces.
RU2016116575A 2016-04-28 2016-04-28 Gaz turbine installation and method of functioning of gas turbine installation RU2624690C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016116575A RU2624690C1 (en) 2016-04-28 2016-04-28 Gaz turbine installation and method of functioning of gas turbine installation

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016116575A RU2624690C1 (en) 2016-04-28 2016-04-28 Gaz turbine installation and method of functioning of gas turbine installation

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2624690C1 true RU2624690C1 (en) 2017-07-05

Family

ID=59312815

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016116575A RU2624690C1 (en) 2016-04-28 2016-04-28 Gaz turbine installation and method of functioning of gas turbine installation

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2624690C1 (en)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2665745C1 (en) * 2017-07-25 2018-09-04 Андрей Владиславович Курочкин Gas turbine installation
RU2688160C1 (en) * 2018-01-24 2019-05-20 Лейла Шахмаловна Свеженцева Method for decoloration hair with subsequent staining
RU2694701C2 (en) * 2017-07-25 2019-07-16 Андрей Владиславович Курочкин Energy-efficient gas-turbine plant
CN113251308A (en) * 2021-05-28 2021-08-13 山东大学 Combined valve nozzle for vehicle-mounted high-pressure hydrogen storage cylinder
RU2774931C1 (en) * 2021-05-21 2022-06-27 Валерий Григорьевич Морев Method for obtaining peak electricity

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1746012A1 (en) * 1989-07-24 1992-07-07 Камский политехнический институт Method of, and facility for, operating gas-turbine plant
US6370862B1 (en) * 2000-08-11 2002-04-16 Cheng Power Systems, Inc. Steam injection nozzle design of gas turbine combustion liners for enhancing power output and efficiency
RU2411368C2 (en) * 2008-12-01 2011-02-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Казанский государственный технический университет им. А.Н. Туполева (КГТУ им. А.Н. Туполева) Operating method of power plant with gas turbine unit
RU2527007C2 (en) * 2012-08-24 2014-08-27 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт энергетических проблем химической физики Российской академии наук Gas turbine plant with supply of steam-fuel mixture

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1746012A1 (en) * 1989-07-24 1992-07-07 Камский политехнический институт Method of, and facility for, operating gas-turbine plant
US6370862B1 (en) * 2000-08-11 2002-04-16 Cheng Power Systems, Inc. Steam injection nozzle design of gas turbine combustion liners for enhancing power output and efficiency
RU2411368C2 (en) * 2008-12-01 2011-02-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Казанский государственный технический университет им. А.Н. Туполева (КГТУ им. А.Н. Туполева) Operating method of power plant with gas turbine unit
RU2527007C2 (en) * 2012-08-24 2014-08-27 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт энергетических проблем химической физики Российской академии наук Gas turbine plant with supply of steam-fuel mixture

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
БЕЛЯЕВ В. и др. Газотурбинные установки с энергетическим впрыском пара, Газотурбинные технологии, 2002, июль-август, с.20-24. *
БЕЛЯЕВ В. и др. Газотурбинные установки с энергетическим впрыском пара, Газотурбинные технологии, 2002, июль-август, с.20-24. РОМАНОВ В. И. др. Экологически чистая технология "Водолей" для получения электрической и тепловой энергии, Газотурбинные технологии, 2001, январь-февраль, с.10-12. *
РОМАНОВ В. И. др. Экологически чистая технология "Водолей" для получения электрической и тепловой энергии, Газотурбинные технологии, 2001, январь-февраль, с.10-12. *

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2665745C1 (en) * 2017-07-25 2018-09-04 Андрей Владиславович Курочкин Gas turbine installation
RU2694701C2 (en) * 2017-07-25 2019-07-16 Андрей Владиславович Курочкин Energy-efficient gas-turbine plant
RU2688160C1 (en) * 2018-01-24 2019-05-20 Лейла Шахмаловна Свеженцева Method for decoloration hair with subsequent staining
RU2774931C1 (en) * 2021-05-21 2022-06-27 Валерий Григорьевич Морев Method for obtaining peak electricity
CN113251308A (en) * 2021-05-28 2021-08-13 山东大学 Combined valve nozzle for vehicle-mounted high-pressure hydrogen storage cylinder

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2467187C2 (en) Method of operating gas turbine unit
US6209307B1 (en) Thermodynamic process for generating work using absorption and regeneration
RU2624690C1 (en) Gaz turbine installation and method of functioning of gas turbine installation
CN105518258B (en) Gas turbine unit and operating method thereof
CN108343978A (en) A kind of catalytic oxidation system and method for low calorie fuels
Pashchenko Low-grade heat utilization in the methanol-fired gas turbines through a thermochemical fuel transformation
RU2011864C1 (en) Method of chemical regeneration of heat of exhaust gases of power plant
RU2661231C1 (en) Method of hydrogen steam overheating at npp
RU2639397C1 (en) Mode of gas turbine plant operation on methane-contained steam-gas mixture and its actualization device
RU2587736C1 (en) Plant for utilisation of low-pressure natural and associated oil gases and method for use thereof
CN107829825A (en) The gas turbine engine systems of coproduction water and the method for gas turbine coproduction water
RU2791380C1 (en) Method for operation of gas turbine gas pumping unit and device for its implementation
RU2050443C1 (en) Combined steam-gas power plant
RU43917U1 (en) GAS TURBINE INSTALLATION WITH THERMOCHEMICAL REACTOR AND VAPOR INJECTION
CN100436379C (en) System for united electricity generation using coke oven gas, tar oil, flume and producing composite fertilizer
RU2774007C1 (en) Method of contact gas turbine plant operation on methane-hydrogen steam-gas mixture
CN110307582B (en) Gas and hot water combined supply system for biomass coupling carbon five-auxiliary liquid
RU2813644C1 (en) Method for preparing methane-hydrogen fuel with increased hydrogen content for boiler units of thermal power plants and gas turbine expander power plants
RU2707182C1 (en) Method to increase power of double circuit npp by combining with hydrogen cycle
CN102562313A (en) Chemically recuperated cycle gas turbine
RU2214569C1 (en) Diesel cooling plant
RU175180U1 (en) Gas Hydrogen Turbine Unit
RU2214567C1 (en) Cooling system having diesel power plant for installations operating without communication with atmosphere
RU2663830C2 (en) Method of operation of gas turbine installation and device for its implementation
CN117163959A (en) Active coke preparation system and method

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20200429