RU2626291C2 - Способ преобразования энергии - Google Patents
Способ преобразования энергии Download PDFInfo
- Publication number
- RU2626291C2 RU2626291C2 RU2015148800A RU2015148800A RU2626291C2 RU 2626291 C2 RU2626291 C2 RU 2626291C2 RU 2015148800 A RU2015148800 A RU 2015148800A RU 2015148800 A RU2015148800 A RU 2015148800A RU 2626291 C2 RU2626291 C2 RU 2626291C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- steam
- gas turbine
- reactor
- gas
- hydrogen mixture
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 34
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 title abstract description 26
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims abstract description 81
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 68
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 47
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 claims abstract description 39
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims abstract description 39
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 39
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 24
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 claims abstract description 21
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 claims abstract description 15
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims abstract description 11
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 claims abstract description 9
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 claims abstract description 9
- 238000002407 reforming Methods 0.000 claims abstract description 7
- 238000009833 condensation Methods 0.000 claims abstract description 5
- 230000005494 condensation Effects 0.000 claims abstract description 5
- 238000013021 overheating Methods 0.000 claims abstract description 5
- 238000009434 installation Methods 0.000 claims description 17
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 8
- KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N Palladium Chemical compound [Pd] KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 claims description 6
- MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N Zirconium dioxide Chemical compound O=[Zr]=O MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910000505 Al2TiO5 Inorganic materials 0.000 claims description 3
- KJTLSVCANCCWHF-UHFFFAOYSA-N Ruthenium Chemical compound [Ru] KJTLSVCANCCWHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- WGLPBDUCMAPZCE-UHFFFAOYSA-N Trioxochromium Chemical compound O=[Cr](=O)=O WGLPBDUCMAPZCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910000423 chromium oxide Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052878 cordierite Inorganic materials 0.000 claims description 3
- JSKIRARMQDRGJZ-UHFFFAOYSA-N dimagnesium dioxido-bis[(1-oxido-3-oxo-2,4,6,8,9-pentaoxa-1,3-disila-5,7-dialuminabicyclo[3.3.1]nonan-7-yl)oxy]silane Chemical compound [Mg++].[Mg++].[O-][Si]([O-])(O[Al]1O[Al]2O[Si](=O)O[Si]([O-])(O1)O2)O[Al]1O[Al]2O[Si](=O)O[Si]([O-])(O1)O2 JSKIRARMQDRGJZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- KZHJGOXRZJKJNY-UHFFFAOYSA-N dioxosilane;oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Si]=O.O=[Si]=O.O=[Al]O[Al]=O.O=[Al]O[Al]=O.O=[Al]O[Al]=O KZHJGOXRZJKJNY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052741 iridium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- GKOZUEZYRPOHIO-UHFFFAOYSA-N iridium atom Chemical compound [Ir] GKOZUEZYRPOHIO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 3
- 229910052863 mullite Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- AABBHSMFGKYLKE-SNAWJCMRSA-N propan-2-yl (e)-but-2-enoate Chemical compound C\C=C\C(=O)OC(C)C AABBHSMFGKYLKE-SNAWJCMRSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052703 rhodium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000010948 rhodium Substances 0.000 claims description 3
- MHOVAHRLVXNVSD-UHFFFAOYSA-N rhodium atom Chemical compound [Rh] MHOVAHRLVXNVSD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052707 ruthenium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052566 spinel group Inorganic materials 0.000 claims 1
- 239000000446 fuel Substances 0.000 abstract description 19
- RWSOTUBLDIXVET-UHFFFAOYSA-N Dihydrogen sulfide Chemical compound S RWSOTUBLDIXVET-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 229910000037 hydrogen sulfide Inorganic materials 0.000 abstract 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000000047 product Substances 0.000 description 15
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 description 6
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 4
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 4
- MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N nitrogen oxide Inorganic materials O=[N] MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000002912 waste gas Substances 0.000 description 3
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 244000309464 bull Species 0.000 description 2
- 238000006056 electrooxidation reaction Methods 0.000 description 2
- 239000003546 flue gas Substances 0.000 description 2
- 229910052596 spinel Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011029 spinel Substances 0.000 description 2
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 2
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 description 1
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 description 1
- 239000002826 coolant Substances 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 1
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 1
- 150000002815 nickel Chemical class 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);zirconium(4+) Chemical compound [O-2].[O-2].[Zr+4] RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 150000003464 sulfur compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000002918 waste heat Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
- F02C6/00—Plural gas-turbine plants; Combinations of gas-turbine plants with other apparatus; Adaptations of gas-turbine plants for special use
- F02C6/04—Gas-turbine plants providing heated or pressurised working fluid for other apparatus, e.g. without mechanical power output
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
- F02C6/00—Plural gas-turbine plants; Combinations of gas-turbine plants with other apparatus; Adaptations of gas-turbine plants for special use
- F02C6/18—Plural gas-turbine plants; Combinations of gas-turbine plants with other apparatus; Adaptations of gas-turbine plants for special use using the waste heat of gas-turbine plants outside the plants themselves, e.g. gas-turbine power heat plants
Landscapes
- Catalysts (AREA)
Abstract
Изобретение относится преимущественно к способам преобразования энергии газообразного топлива (природный или синтез-газ, водород) в механическую. Способ преобразования энергии предусматривает подачу в камеру сгорания сжатого воздуха и парометановодородной смеси, расширение продуктов ее сгорания в газотурбинной установке; последующее их охлаждение в утилизаторе путем испарения с образованием водяного пара высокого давления, который смешивают с природным газом с получением метансодержащей парогазовой смеси, которую пропускают через каталитический реактор конверсии метана с образованием на выходе парометановодородной смеси, охлаждаемой затем до температуры, не превышающей температурный диапазон 200÷240°C, с одновременной частичной конденсацией водяного пара, содержащегося в парометановодородной смеси, подаваемой в охлажденном виде в камеру сгорания газотурбинной установки; получение из конденсата водяного пара низкого давления, направляемого в свободную силовую газовую турбину. В каталитический реактор реформирования метана подают поток сжатого воздуха, отбираемого из компрессора газотурбинной установки. Водяной пар из утилизатора делят на два потока: высокого и низкого давления, в поток водяного пара низкого давления добавляют пар, который получают из конденсата путем его испарения и перегрева за счет охлаждения парометановодородной смеси, выходящей из реактора. Изобретение позволяет повысить эффективность генерации энергии, снизить расход топлива, уменьшить потери, связанные с недостаточным расширением продуктов сгорания в турбине, повысить надежность работы газотурбинной установки. 7 з.п. ф-лы, 1 табл., 1 ил.
Description
Изобретение относится преимущественно к способам преобразования энергии газообразного топлива (природный или синтез-газ, водород) в механическую (электрическую), преимущественно к энергетическим и транспортным установкам и системам энергообеспечения на их основе и предназначено для стационарных и транспортных средств, снабженных газотурбинным приводом.
Известны способы преобразования тепловой преобразования энергии газообразного топлива (природный или синтез-газ, водород) в механическую (электрическую), в том числе в газотурбинных энергоустановках, преобразующих первичную энергию в электрическую. Предложен, в частности, способ и устройство генерации энергии, в котором с целью повышения эффективности окислитель (воздух) сжимают компрессором, нагревают, а затем направляют в камеру сгорания, в которую подают также часть топлива и нагретый регенеративно поток окислителя и из которой продукты сгорания направляют в газовую турбину, охлаждают входящим потоком окислителя и направляют в топливный элемент на электрохимическое окисление другой части топлива, продукты реакции которого охлаждают потоком окислителя, направляемого в камеру сгорания (патент US №7709118). Недостатком данного решения является низкая надежность и эффективность генерации энергии, что связано с увеличенными затратами топлива, а также относительно низким КПД газотурбинного преобразования.
Известен также способ производства электрической энергии из природного газа, с использованием топливного элемента на твердом оксиде, содержащий стадии электрохимического окисления природного газа, прошедшего предварительное расширение и нагрев природного газа выходящим из топливного элемента потоком (Патент РФ №2199172). Недостатком данного способа и устройства также является низкая температура на входе в турбину, что снижает КПД.
В частности, увеличением рабочего тела, производимого при утилизации сбросных газов ГТУ, определенное повышение КПД достигается в способе и устройстве парогазовой установки контактного типа (КПГУ), содержащей газотурбинную установку (ГТУ), паровой котел-утилизатор (КУ), сообщенный на выходе по пару с входом (входами) ГТУ по пару, на входе греющего теплоносителя (газа) - с выходом ГТУ по газу, и газоохладитель-конденсатор, сообщенный на выходе по конденсату со входом КУ по конденсату, отличающейся тем, что КПГУ содержит дожимной компрессор, сообщенный на входе по сжимаемому газу с выходом газоохладителя-конденсатора по газу, на выходе по газу - с внешней средой, и газовую турбину перерасширения, сообщенную на входе по газу с выходом КУ по газу, на выходе по газу - с входом газоохладителя-конденсатора по газу, при этом ротор газовой турбины перерасширения связан с роторами ГТУ и (или) дожимного компрессора (патент РФ на изобретение №2252325, опубл. 20.05.2005 Бюл. №14). Недостатком данного решения является невысокая степень расширения в ГТУ, связанная с понижением параметров на входе в турбину ГТУ.
Частично этот недостаток устранен в способе подготовки и сжигания топлива в камере сгорания газотурбинной установки (ГТУ), включающем подачу в камеру сгорания углеводородного топлива и воздуха из-за компрессора, при этом часть топлива до подачи его в камеру сгорания пропускают через катализатор, отличающемся тем, что топливо перед подачей на катализатор смешивают с воздухом, нагревают катализатор и с его помощью осуществляют автотермическую воздушную конверсию с получением газовой смеси, содержащей водород и окись углерода (патент РФ на изобретение №2212590, опубл. 20.09.2003 - аналог). Недостатком данного способа служит низкая степень утилизации сбросного тепла ГТУ и, как следствие, - относительно низкий КПД.
Дальнейшим развитием предложенной в аналоге концепции явился способ работы газотурбинной установки, предусматривающий подачу в камеру сгорания сжатого воздуха и парометановодородной смеси, расширение продуктов ее сгорания в газовой турбине, охлаждение путем испарения или перегрева водяного пара высокого давления, конденсацию водяного пара низкого давления, содержащегося в продуктах сгорания, испарение и перегрев конденсата с образованием водяного пара высокого давления, направляемого в газотурбинную установку, где поступающий природный газ смешивают с водяным паром высокого давления с получением метансодержащей парогазовой смеси, которую нагревают потоком указанных продуктов сгорания в теплообменнике, пропускают через каталитический реактор реформирования метана с образованием на выходе парометановодородной смеси, подаваемой в камеру сгорания газотурбинной установки, отличающийся тем, что повышают температуру теплообменных процессов газотурбинной установки путем дополнительного сжигания топлива в потоке продуктов сгорания парометановодородной смеси, отбираемом на выходе из дополнительной свободной силовой газовой турбины, а перед подачей в камеру сгорания парометановодородной смеси ее предварительно охлаждают до температуры, не превышающей температурный диапазон 200÷240°C, с одновременной частичной конденсацией водяного пара, конденсат отделяют, испаряют и расходуют при подготовке метансодержащей парогазовой смеси и водяного пара низкого давления, который пропускают через дополнительную свободную силовую газовую турбину (патент РФ на изобретение №2561755, опубл.: 10.09.2015. Бюл. №25 - прототип). Недостаток данного способа преобразования энергии в газотурбинной установке - недостаточно высокая эффективность генерации энергии, связанная с необходимостью дожигания топлива в потоке продуктов сгорания, а также потери, связанные с недостаточным расширением продуктов сгорания в турбине.
Таким образом, возникает задача создания способа преобразования энергии в газотурбинной установке, способного обеспечивать высокую эффективность генерации энергии.
Задача изобретения - создать способ преобразования энергии в газотурбинной установке, позволяющий повысить эффективность генерации энергии, снизить расход топлива, уменьшить потери, связанные с недостаточным расширением продуктов сгорания в турбине, повысить надежность работы газотурбинной установки за счет дополнительных возможностей регулирования ее температурных и мощностных режимов вне зависимости от режима газовой турбины, улучшить экономические показатели энергоустановок и систем энергообеспечения.
Технический результат, достигаемый в способе преобразования энергии относительно его прототипа, выражается в улучшении эксплуатационных характеристик путем наиболее полного использования энергии отводимых продуктов сгорания, повышении мощности установки, сокращении расхода природного газа на 16%, а также в повышении эффективного КПД на 8% отн.
Поставленная задача в способе преобразования энергии предусматривает подачу в камеру сгорания сжатого воздуха и парометановодородной смеси, расширение продуктов ее сгорания в газотурбинной установке, последующее их охлаждение в утилизаторе путем испарения с образованием водяного пара высокого давления, который смешивают с природным газом с получением метансодержащей парогазовой смеси, которую пропускают через каталитический реактор конверсии метана с образованием на выходе парометановодородной смеси, охлаждаемой затем до температуры, не превышающей температурный диапазон 200÷240°C, с одновременной частичной конденсацией водяного пара, содержащегося в парометановодородной смеси, подаваемой в охлажденном виде в камеру сгорания газотурбинной установки, и получение из конденсата водяного пара низкого давления, направляемого в свободную силовую газовую турбину,
решается тем, что в каталитический реактор реформирования метана подают поток сжатого воздуха, отбираемого из компрессора газотурбинной установки.
Кроме того:
- водяной пар из утилизатора делят на два потока: высокого и низкого давления, в поток водяного пара низкого давления добавляют пар, который получают из конденсата путем его испарения и перегрева за счет охлаждения парометановодородной смеси, выходящей из реактора;
- парометановодородную смесь перед камерой сгорания смешивают с природным газом;
- температуру парометановодородной смеси на выходе из реактора поддерживают в диапазоне 500÷600°C;
- соотношение воздух/пар на входе в реактор поддерживают в диапазоне 0.5÷1.5;
- перед реактором осуществляют подогрев воздуха, водяного пара и природного газа за счет охлаждения парометановодородной смеси, выходящей из реактора;
- в качестве катализатора в реакторе используют металл, выбранный из ряда никель, рутений, родий, палладий, иридий, нанесенных на огнеупорные оксиды, такие как кордиерит, муллит, оксид хрома, титанат алюминия, шпинели, диоксид циркония и оксид алюминия;
- давление на входе в свободную силовую газовую турбину поддерживают в диапазоне 0.2÷0.4 МПа.
Примером реализации изобретения служит способ преобразования энергии в газотурбинной установке со свободной силовой газовой турбиной, описанный ниже.
В излагаемом примере осуществления изобретения в качестве топлива применяется природный газ, в качестве окислителя - воздух, что позволяет охарактеризовать особенности реализации изобретения применительно к процессам окисления природного газа и расширения продуктов сгорания природного газа в газовой турбине, в частности на транспортных или стационарных энергоустановках.
На фигуре дана схема реализации способа, где 1 - воздух, 2 - компрессор, 3 - сжатый воздух, 4 - камера сгорания, 5 - технологический воздух, 6 - парометановодородная смесь, 7 - продукты сгорания, 8 - турбина высокого давления, 9 - поток рабочего тела, 10 - силовая турбина, 11 - дымовые газы, 12 - утилизатор, 13 - питательная вода, 14 - сбросные газы, 15 - водяной пар, 16 - теплообменник, 17 - природный газ, 18 - реактор конверсии, 19 - конвертированный газ, 20 - охладитель, 21 - охлажденная парометановодородная смесь, 22 - природный газ, 23 - вывод конденсата, 24 - водяной пар низкого давления, 25 - пароперегреватель, 26 - подвод природного газа.
Способ осуществляется следующим образом.
Воздух низкого давления 1 сжимают в компрессоре 2. Затем сжатый воздух 3 подают в камеру сгорания 4, в которую подают также парометановодородную смесь 6 в качестве топлива. Продукты сгорания 7 подают из камеры сгорания 4 в турбину высокого давления 8, в которой проводят расширение продуктов сгорания 7, смешиваемых затем с водяным паром низкого давления 24 с образованием рабочего тела 9, приводящего в действие свободную силовую газовую турбину 10 газотурбинной установки. В камеру сгорания 4 газогенератора подают одновременно парометановодородную смесь 6, поступающую из каталитического реактора конверсии 18, природный газ 26 и сжатый компрессором 2 воздух 3.
Работа реактора конверсии 18 для получения парометановодородной смеси 6, подаваемой в камеру сгорания 4 газотурбинной установки, осуществляется при подаче в реактор конверсии 18 сжатого компрессором 2 воздуха 5, который служит окислителем парометановой смеси, подаваемой также в реактор конверсии 18.
Поток дымовых газов 11, отбираемых на выходе из свободной силовой газовой турбины 10, направляют на последующее их охлаждение в утилизаторе 12 путем испарения питательной воды 13 с образованием водяного пара 15, часть которого в виде пара высокого давления смешивают с природным газом 17 с получением парометановой смеси, которую пропускают через каталитический реактор конверсии 18 с образованием нагретой парометановодородной смеси 19. Температуру парометановодородной смеси на выходе из реактора конверсии 18 поддерживают в диапазоне 500÷600°C. Затем парометановодородную смесь 19 охлаждают в теплообменнике 16 и охладителе 20 до температуры, не превышающей температурный диапазон 200÷240°C. В охладителе 20 происходит охлаждение и частичная конденсация водяного пара, содержащегося в парометановодородной смеси 19, Полученный конденсат 23 испаряют и после нагрева в пароперегревателе 25 в виде перегретого водяного пара низкого давления 24 смешивают с потоком рабочего тела 9 и направляют в свободную силовую газовую турбину 10.
Охлажденные в утилизаторе 12 низкотемпературные сбросные газы 14 с пониженным содержанием оксидов азота сбрасывают в атмосферу.
В каталитическом реакторе конверсии 18 в результате процесса реформирования метана образуется парометановодородная смесь 19 с заданными техническими характеристиками, ниже представленными в таблице.
В таблице приведены составы и теплофизические характеристики извлекаемой из каталитического реактора конверсии 18 парометановодородной смеси (ПМВС) 19. Данные на 10000 м3/ч парометановодородной смеси 19.
В пересчете по сухому газу концентрация водорода, содержащегося в метановодородной смеси 19 на выходе из каталитического реактора 18, в процентном отношении составляет около 40%.
Величину давления в потоках парометановодородной смеси 19 и водяного пара высокого давления 15 поддерживают в диапазоне 2,0-8,0 МПа, максимально приближая ее к величине давления на входе в газовую турбину 8.
Каталитический реактор конверсии 18 может быть разделен на два реактора, при этом реформирование метана метансодержащей парогазовой смеси в первом и втором каталитических реакторах ведут поочередно, без подвода тепловой энергии и на однотипном катализаторе, в качестве которого в реакторе конверсии 18 используют металл, выбранный из ряда никель, рутений, родий, палладий, иридий, нанесенный на огнеупорные оксиды, такие как кордиерит, муллит, оксид хрома, титанат алюминия, шпинели, диоксид циркония и оксид алюминия.
Соотношение воздух/пар на входе в реактор конверсии 18 поддерживают в диапазоне 0.5÷1.5.
Перед реактором конверсии 18 осуществляют подогрев воздуха 5, водяного пара 15 и природного газа 17 за счет охлаждения парометановодородной смеси 19, выходящей из реактора конверсии 18.
Давление на входе в свободную силовую газовую турбину 10 поддерживают в диапазоне 0.2÷0.4 МПа.
Для повышения производительности и ресурса работы каталитического реактора конверсии 18 исходный природный газ 17 предварительно очищают от соединений серы.
В процессе реализации излагаемого способа генерации энергии могут использоваться возможности нагрева водяного пара низкого давления 24 с помощью внешнего подвода тепла, например высокотемпературного ядерного реактора (на фигуре не показан).
Таким образом, указанный способ позволит повысить возможности генерации энергии, снизить расход топлива, уменьшить потери, связанные с недостаточным расширением продуктов сгорания в турбине, повысить надежность работы газотурбинной установки за счет дополнительных возможностей утилизации тепловой энергии на различных температурных и мощностных режимах газовой турбины, улучшить экономические показатели энергоустановок и систем энергообеспечения - задача изобретения.
Claims (8)
1. Способ преобразования энергии в газотурбинной установке со свободной силовой газовой турбиной, предусматривающий подачу в камеру сгорания сжатого воздуха и парометановодородной смеси, расширение продуктов ее сгорания в газотурбинной установке, последующее их охлаждение в утилизаторе путем испарения с образованием водяного пара высокого давления, который смешивают с природным газом с получением метансодержащей парогазовой смеси, которую пропускают через каталитический реактор реформирования метана с образованием на выходе парометановодородной смеси, охлаждаемой затем до температуры, не превышающей температурный диапазон 200÷240°С, с одновременной частичной конденсацией водяного пара, содержащегося в парометановодородной смеси, подаваемой в охлажденном виде в камеру сгорания газотурбинной установки, и получение из конденсата водяного пара низкого давления, направляемого в свободную силовую газовую турбину, отличающийся тем, что в каталитический реактор реформирования метана подают поток сжатого воздуха, отбираемого из компрессора газотурбинной установки.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что водяной пар из утилизатора делят на два потока: высокого и низкого давления, в поток водяного пара низкого давления добавляют пар, который получают из конденсата путем его испарения и перегрева за счет охлаждения парометановодородной смеси, выходящей из реактора.
3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что парометановодородную смесь перед камерой сгорания смешивают с природным газом.
4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что температуру парометановодородной смеси на выходе из реактора поддерживают в диапазоне 500÷600°С.
5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что соотношение воздух/пар на входе в реактор поддерживают в диапазоне 0.5÷1.5.
6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что перед реактором осуществляют подогрев воздуха, водяного пара и природного газа за счет охлаждения парометановодородной смеси, выходящей из реактора.
7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве катализатора в реакторе используют металл, выбранный из ряда никель, рутений, родий, палладий, иридий, нанесенных на огнеупорные оксиды, такие как кордиерит, муллит, оксид хрома, титанат алюминия, шпинели, диоксид циркония и оксид алюминия.
8. Способ по п. 1, отличающийся тем, что давление на входе в свободную силовую газовую турбину поддерживают в диапазоне 0.2÷0.4 МПа.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2015148800A RU2626291C2 (ru) | 2015-11-13 | 2015-11-13 | Способ преобразования энергии |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2015148800A RU2626291C2 (ru) | 2015-11-13 | 2015-11-13 | Способ преобразования энергии |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2015148800A RU2015148800A (ru) | 2017-05-23 |
| RU2626291C2 true RU2626291C2 (ru) | 2017-07-25 |
Family
ID=58877835
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2015148800A RU2626291C2 (ru) | 2015-11-13 | 2015-11-13 | Способ преобразования энергии |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2626291C2 (ru) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115341963A (zh) * | 2022-07-18 | 2022-11-15 | 哈尔滨工业大学 | 一种氨氢甲烷多物质混合供热产电系统及其使用方法 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4628693A (en) * | 1984-03-01 | 1986-12-16 | Alsthom-Atlantique | Casing for district heating turbine |
| RU2212590C2 (ru) * | 2001-08-24 | 2003-09-20 | Гончаров Владимир Гаврилович | Способ подготовки и сжигания топлива в камере сгорания газотурбинной установки и устройство для его осуществления |
| RU2252325C1 (ru) * | 2003-09-04 | 2005-05-20 | Открытое акционерное общество "Энергомашкорпорация" | Парогазовая установка контактного типа |
| EP1669572A1 (en) * | 2004-12-08 | 2006-06-14 | Vrije Universiteit Brussel | Process and installation for producing electric power |
| RU2467187C2 (ru) * | 2010-11-03 | 2012-11-20 | ООО "Центр КОРТЭС" | Способ работы газотурбинной установки |
| RU2561755C2 (ru) * | 2013-11-07 | 2015-09-10 | Открытое акционерное общество "Газпром" | Способ работы и устройство газотурбинной установки |
-
2015
- 2015-11-13 RU RU2015148800A patent/RU2626291C2/ru active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4628693A (en) * | 1984-03-01 | 1986-12-16 | Alsthom-Atlantique | Casing for district heating turbine |
| RU2212590C2 (ru) * | 2001-08-24 | 2003-09-20 | Гончаров Владимир Гаврилович | Способ подготовки и сжигания топлива в камере сгорания газотурбинной установки и устройство для его осуществления |
| RU2252325C1 (ru) * | 2003-09-04 | 2005-05-20 | Открытое акционерное общество "Энергомашкорпорация" | Парогазовая установка контактного типа |
| EP1669572A1 (en) * | 2004-12-08 | 2006-06-14 | Vrije Universiteit Brussel | Process and installation for producing electric power |
| RU2467187C2 (ru) * | 2010-11-03 | 2012-11-20 | ООО "Центр КОРТЭС" | Способ работы газотурбинной установки |
| RU2561755C2 (ru) * | 2013-11-07 | 2015-09-10 | Открытое акционерное общество "Газпром" | Способ работы и устройство газотурбинной установки |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| RU 2212590 С2, 20.09.2003, * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2015148800A (ru) | 2017-05-23 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US9021814B2 (en) | Process for co-producing synthesis gas and power | |
| RU2561755C2 (ru) | Способ работы и устройство газотурбинной установки | |
| RU2467187C2 (ru) | Способ работы газотурбинной установки | |
| RU2447048C1 (ru) | Комбинированный способ производства этилена и его производных и электроэнергии из природного газа | |
| CN108439336B (zh) | 一种零排放氢电联产系统 | |
| CN101540410B (zh) | 天然气制氢与质子交换膜燃料电池集成发电的方法及装置 | |
| JPH1068329A (ja) | 合成ガスおよびエネルギーを組み合わせて製造する方法 | |
| RU2008113706A (ru) | Способ создания водородного энергохимического комплекса и устройство для его реализации | |
| RU2648914C2 (ru) | Способ получения водорода и генерирования энергии | |
| EP2905433B1 (en) | Method and system for producing liquid fuel and generating electric power | |
| RU2639397C1 (ru) | Способ работы газотурбинной установки на метаносодержащей парогазовой смеси и устройство для его осуществления | |
| RU2626291C2 (ru) | Способ преобразования энергии | |
| RU2524317C1 (ru) | Способ преобразования энергии с регенерацией энергоносителей в циклическом процессе теплового двигателя | |
| RU2587736C1 (ru) | Установка для утилизации низконапорного природного и попутного нефтяного газов и способ её применения | |
| JPH04261130A (ja) | 核熱を利用したメタノール製造方法 | |
| JPH04334729A (ja) | 発電方法 | |
| RU2786069C1 (ru) | Способ получения водорода из природного газа | |
| JP7474013B1 (ja) | 発電設備併設ｅ－ｆｕｅｌ生産システムおよび発電設備併設ｅ－ｆｕｅｌ生産方法 | |
| JP2002050387A (ja) | 固体有機物からのエネルギー発生装置 | |
| RU2244133C1 (ru) | Способ генерирования пара при производстве аммиака | |
| RU2170889C1 (ru) | Способ утилизации тепла | |
| RU2689483C2 (ru) | Энергетическая установка с высокотемпературной парогазовой конденсационной турбиной | |
| JP2706235B2 (ja) | 複合原動装置 | |
| RU2206494C1 (ru) | Способ комплексной энерготехнологической переработки углеводородных топливных газов | |
| RU2244134C1 (ru) | Способ генерирования пара при производстве аммиака |