RU2773995C1 - Gas pumping unit - Google Patents

Gas pumping unit Download PDF

Info

Publication number
RU2773995C1
RU2773995C1 RU2021124887A RU2021124887A RU2773995C1 RU 2773995 C1 RU2773995 C1 RU 2773995C1 RU 2021124887 A RU2021124887 A RU 2021124887A RU 2021124887 A RU2021124887 A RU 2021124887A RU 2773995 C1 RU2773995 C1 RU 2773995C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
gas
ejector
fuel
heat exchanger
line
Prior art date
Application number
RU2021124887A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Николай Борисович Болотин
Original Assignee
Николай Борисович Болотин
Filing date
Publication date
Application filed by Николай Борисович Болотин filed Critical Николай Борисович Болотин
Application granted granted Critical
Publication of RU2773995C1 publication Critical patent/RU2773995C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: mechanical engineering.
SUBSTANCE: invention relates to gas pumping units, GPU, with high-temperature gas turbine engines as drives. The expected result was achieved in a gas pumping unit containing a gas turbine engine, an inlet device, a compressor, an annular combustion chamber with a heat pipe having an external heat wall and fuel-air nozzles on the nozzle plate connected through a fuel collector to the main fuel line, a turbine, a free turbine and an exhaust device, a synthesis gas system that contains a second a gas extraction system and an ejector line with an ejector mixer, to which the outputs of the second gas extraction system and an ejector line are connected, a preheating heat exchanger installed in the exhaust device is connected to the inlet from the ejector mixer, and a final heating heat exchanger with a catalyst is connected to the outlet of the ejector mixer through the second collector, characterized in that the ejector line is made in the form of a fuel ejector line, the final heating heat exchanger is installed inside the heat pipe on its outer heat wall and equipped with synthesis gas nozzles, and the catalyst is installed in the fuel channel of this heat exchanger.
EFFECT: task of the invention is increasing the efficiency of the unit.
5 cl, 8 dwg

Description

Изобретение относится к газоперекачивающим агрегатам - ГПА с высокотемпературными газотурбинными двигателями в качестве приводов.The invention relates to gas pumping units - GPA with high-temperature gas turbine engines as drives.

Известен газоперекачивающий агрегат, использующий один из наиболее эффективных методов повышения эффективности процесса сгорания и улучшения экологических характеристик, им является способ добавки в углеводородное топливо смеси водорода и монооксида углерода, которые могут получаться за счет реформирования природного газа в каталитическом реакторе генератора синтез-газа (Цыбизов Ю.И., Елисеев Ю.С., Федорченко Д.Г. «Использование синтез-газа для обеспечения экологической безопасности ГТУ», Авиадвигатели XXI века, Москва, ЦИАМ. С. 461-462. 2015 г.).Known gas pumping unit, using one of the most effective methods to improve the efficiency of the combustion process and improve environmental performance, it is a method of adding to the hydrocarbon fuel a mixture of hydrogen and carbon monoxide, which can be obtained by reforming natural gas in the catalytic reactor of the synthesis gas generator (Tsybizov Yu .I., Eliseev Yu.S., Fedorchenko D.G. "The use of synthesis gas to ensure the environmental safety of gas turbines", Aircraft engines of the XXI century, Moscow, TsIAM. P. 461-462. 2015).

Недостатки трудности с подогревом исходного сырья в каталитическом реакторе свыше 600°С.Disadvantages difficulties with heating the feedstock in the catalytic reactor above 600°C.

Известен газоперекачивающий агрегат по патенту РФ на изобретение №2708957, МПК F02C 3/00, опубл. 12.12.2019 г.Known gas pumping unit according to the RF patent for the invention No. 2708957, IPC F02C 3/00, publ. 12/12/2019

Этот ГПА содержит газотурбинный двигатель, топливную систему и систему синтез-газа, которая содержит вторую систему отбора газа и систему отбора воздуха из-за компрессора, эжектор-смеситель, к которому присоединены выходы второй систему отбора газа и система отбора воздуха, к выходу из эжектора-смесителя присоединены последователь теплообменник предварительного нагрева, установленный выхлопном устройстве и теплообменник окончательного нагрева, установленный на корпусе камеры и катализатор.This GPU contains a gas turbine engine, a fuel system and a synthesis gas system, which contains a second gas extraction system and an air extraction system due to the compressor, an ejector-mixer, to which the outlets of the second gas extraction system and the air extraction system are connected to the outlet of the ejector - the mixer is connected to a successor pre-heating heat exchanger installed in the exhaust device and a final heating heat exchanger installed on the chamber body and a catalyst.

Известен газоперекачивающий агрегат по заявке РФ на изобретение №2020116636, МПК F02C 3/00, приор. 12.05.2020 г., прототип.Known gas pumping unit according to the application of the Russian Federation for the invention No. 2020116636, IPC F02C 3/00, prior. May 12, 2020, prototype.

Этот газоперекачивающий агрегат содержит газотурбинный двигатель с компрессором, камерой сгорания и турбиной, свободную турбину и нагнетающий компрессор, топливную систему и систему синтез-газа, которая содержит вторую систему отбора газа и систему отбора воздуха из-за компрессора, эжектор-смеситель, к которому присоединены выходы второй систему отбора газа и система отбора воздуха, к выходу из эжектора-смесителя присоединены последователь теплообменник предварительного нагрева, установленный выхлопном устройстве и теплообменник окончательного нагрева, установленный на корпусе камеры и катализатор, при этом катализатор установлен внутри вспомогательного топливного коллектора, который выполнен внутри форсуночной плиты или на ней и дополнительными каналами сообщен с воздушными каналами форсуночной плиты.This gas compressor unit contains a gas turbine engine with a compressor, a combustion chamber and a turbine, a free turbine and a blower compressor, a fuel system and a synthesis gas system, which contains a second gas extraction system and an air extraction system due to the compressor, an ejector-mixer, to which are attached the outlets of the second gas sampling system and the air sampling system, a successor pre-heating heat exchanger installed in the exhaust device and a final heating heat exchanger installed on the chamber body and a catalyst are connected to the outlet of the ejector-mixer, while the catalyst is installed inside the auxiliary fuel manifold, which is made inside the nozzle plate or on it and additional channels communicated with the air channels of the nozzle plate.

Недостаток: низкий КПД агрегата из-за больших габаритов теплообменников и малая эффективность активных радикалов синтез-газа из-за значительного времени прохождения синтез-газа от теплообменника до форсунок синтез-газа. Время жизни радикалов и ионов составляет несколько наносекунд,Disadvantage: low efficiency of the unit due to the large dimensions of the heat exchangers and low efficiency of the active radicals of the synthesis gas due to the significant time of passage of the synthesis gas from the heat exchanger to the synthesis gas nozzles. The lifetime of radicals and ions is a few nanoseconds,

Задача создания изобретения повышение КПД агрегата.The task of creating the invention is to increase the efficiency of the unit.

Достигнутый технический результат: повышение КПД агрегата.Technical result achieved: increasing the efficiency of the unit.

Решение указанной задачи достигнуто в газоперекачивающем агрегате, содержащем газотурбинный двигатель, входное устройство, компрессор, кольцевую камеру сгорания с жаровой трубой имеющей внешнюю жаровую стенку и топливо-воздушными форсунками на форсуночной плите, соединенными через топливный коллектор с основным топливопроводом, турбину, свободную турбину и выхлопное устройство, систему синтез-газа, которая содержит вторую систему отбора газа и эжекторную магистраль с эжектором-смесителем, к которому присоединены выходы второй системы отбора газа и эжекторная магистраль, к входу из эжектора-смесителя присоединен теплообменник предварительного нагрева, установленный в выхлопном устройстве, а к выходу эжектора-смесителя через второй коллектор присоединен теплообменник окончательного нагрева с катализатором, отличающийся тем, что эжекторная магистраль выполнена в виде эжекторной магистрали топлива, теплообменник окончательного нагрева установлен внутри жаровой трубы на ее внешней жаровой стенке и оборудован форсунками синтез-газа, а катализатор установлен в топливном канале этого теплообменника.The solution to this problem was achieved in a gas-pumping unit containing a gas turbine engine, an inlet device, a compressor, an annular combustion chamber with a flame tube having an external flame wall and fuel-air nozzles on the nozzle plate connected through a fuel manifold to the main fuel line, a turbine, a free turbine and an exhaust device, a synthesis gas system, which contains a second gas extraction system and an ejector line with an ejector-mixer, to which the outlets of the second gas extraction system and an ejector line are connected, a preheating heat exchanger installed in the exhaust device is connected to the inlet from the ejector-mixer, and a final heating heat exchanger with a catalyst is connected to the outlet of the ejector-mixer through the second manifold, characterized in that the ejector line is made in the form of a fuel ejector line, the final heating heat exchanger is installed inside the flame tube on its outer flame tube. tank and is equipped with synthesis gas nozzles, and the catalyst is installed in the fuel channel of this heat exchanger.

Теплообменник окончательного нагрева может иметь на внутренней стенке ребра.The final heating heat exchanger may have ribs on the inner wall.

Ребра могут быть выполнены в виде продольных пластин.The ribs can be made in the form of longitudinal plates.

Ребра могут быть выполнены в виде цилиндров.The ribs can be made in the form of cylinders.

Ребра могут быть выполнены в виде конусов.The ribs can be made in the form of cones.

Сущность изобретения поясняется на фиг. 1…8, где:The essence of the invention is illustrated in Fig. 1…8, where:

на фиг. 1 приведена принципиальная схема газоперекачивающего агрегата,in fig. 1 shows a schematic diagram of a gas pumping unit,

на фиг. 2 приведена камера сгорания и система подачи топлива,in fig. 2 shows the combustion chamber and fuel supply system,

на фиг. 3 приведен теплообменник окончательного нагрева,in fig. 3 shows the final heat exchanger,

на фиг. 4 приведена газовоздушная форсунка,in fig. 4 shows a gas-air nozzle,

на фиг. 5 приведен разрез А-А газовоздушной форсунки,in fig. 5 shows a section A-A of a gas-air nozzle,

на фиг. 6 приведен теплообменник окончательного нагрева 1 вариант,in fig. 6 shows the final heating heat exchanger 1 option,

на фиг. 7 приведен теплообменник окончательного нагрева 2 вариант,in fig. 7 shows the final heating heat exchanger 2 option,

на фиг. 8 приведен теплообменник окончательного нагрева 3 вариант.in fig. 8 shows the final heating heat exchanger 3rd option.

Перечень признаков, принятых в описании:The list of features accepted in the description:

газотурбинный двигатель - 1,gas turbine engine - 1,

входное устройство - 2,input device - 2,

выхлопное устройство - 3,exhaust device - 3,

свободная турбина - 4,free turbine - 4,

корпус - 5,building - 5,

сопловой аппарат - 6,nozzle apparatus - 6,

рабочее колесо - 7,impeller - 7,

рабочие лопатки - 8.working blades - 8.

вал - 9,shaft - 9,

нагнетающий компрессор - 10,blowing compressor - 10,

входной корпус - 11,entrance building - 11,

выходной корпус - 12,output building - 12,

центробежное рабочее колесо - 13.centrifugal impeller - 13.

входная газовая труба - 14,inlet gas pipe - 14,

выходная газовая труба – 15,outlet gas pipe - 15,

воздушный тракт - 16,air path - 16,

воздухозаборник - 17,air intake - 17,

компрессор – 18,compressor - 18,

полость - 19,cavity - 19,

кольцевая камера сгорания - 20,annular combustion chamber - 20,

турбина – 21,turbine - 21,

газовый тракт - 22,gas path - 22,

направляющий аппарат – 23,guide apparatus - 23,

рабочее колесо - 24,impeller - 24,

сопловой аппарат - 25,nozzle apparatus - 25,

рабочее колесо - 26,impeller - 26,

жаровая труба - 27,flame tube - 27,

форсуночная плита - 28,nozzle plate - 28,

газо-воздушные форсунки - 29,gas-air nozzles - 29,

топливный коллектор - 30,fuel manifold - 30,

вал - 31,shaft - 31,

первая опора - 32,the first support - 32,

вторая опора – 33,second support - 33,

основной топливопровод - 34,main fuel line - 34,

теплообменник предварительного нагрева - 35,preheating heat exchanger - 35,

регулятор расхода – 36,flow regulator - 36,

вторая газовая магистраль - 37,the second gas line - 37,

второй клапан - 38,second valve - 38,

второй коллектор - 39,second collector - 39,

эжекторная магистраль топлива - 40,fuel ejector line - 40,

эжектор-смеситель - 41,ejector-mixer - 41,

кран эжектора - 42,ejector valve - 42,

теплообменник окончательного нагрева - 43,final heating heat exchanger - 43,

внешняя жаровая труба - 44,external flame tube - 44,

форсунка синтез-газа - 45,synthesis gas nozzle - 45,

топливный канал теплообменника - 46,heat exchanger fuel channel - 46,

внешняя кольцевая стенка - 47,outer annular wall - 47,

внутренняя кольцевая стенка - 48,inner annular wall - 48,

ребра - 49,ribs - 49,

катализатор - 50,catalyst - 50,

цилиндр - 51,cylinder - 51,

конус - 52,cone - 52,

хвостовик - 53,shank - 53,

корпус - 54,building - 54,

выходное отверстие - 55,outlet - 55,

направляющие лопатки - 56,guide vanes - 56,

наклонные каналы - 57,inclined channels - 57,

редуктор эжектора - 58,ejector gearbox - 58,

эжекторное сопло - 59.ejector nozzle - 59.

Предложенный газоперекачивающий агрегат - ГПА повышенной экономичности предназначен для перекачки природного газа. ГПА (фиг. 1) содержит газотурбинный двигатель 1, входное устройство 2, выхлопное устройство 3, свободную турбину 4, содержащую в свою очередь корпус 5, сопловой аппарат 6 и рабочее колесо 7 с рабочими лопатками 8. Рабочее колесо 7 валом 9 соединено с нагнетающим компрессором 10, содержащим входной корпус 11, выходной корпус 12 и центробежное рабочее колесо 13. К входному корпусу 11 присоединена входная труба 14, а к выходному корпусу 12 присоединена выходная газовая труба 15 (средства очистки и охлаждения природного газа на фиг. 1…18 не показаны).The proposed gas pumping unit - GPA of increased efficiency is designed for pumping natural gas. GPA (Fig. 1) contains a gas turbine engine 1, an inlet device 2, an exhaust device 3, a free turbine 4, which in turn contains a housing 5, a nozzle apparatus 6 and an impeller 7 with rotor blades 8. The impeller 7 is connected by a shaft 9 to the injection compressor 10, containing an inlet casing 11, an outlet casing 12 and a centrifugal impeller 13. An inlet pipe 14 is connected to the inlet casing 11, and an outlet gas pipe 15 is connected to the outlet casing 12 (means for cleaning and cooling natural gas in Figs. 1 ... shown).

Газотурбинный двигатель 1 содержит воздушный тракт 16, содержащий, в свою очередь воздухозаборник 17, компрессор 18 и полость 19 за компрессором 18 и перед кольцевой камерой сгорания 20. Воздушный тракт 16 включает также и входное устройство 2, не относящееся к конструкции газотурбинного двигателя 1.The gas turbine engine 1 contains an air path 16 containing, in turn, an air intake 17, a compressor 18 and a cavity 19 behind the compressor 18 and in front of the annular combustion chamber 20. The air path 16 also includes an input device 2, which is not related to the design of the gas turbine engine 1.

За кольцевой камерой сгорания 20 установлена турбина 21 и выполнен газовый тракт 22, соединяющий выход из кольцевой камеры сгорания 20 с входом в свободную турбину 4.Behind the annular combustion chamber 20, a turbine 21 is installed and a gas path 22 is made, connecting the outlet from the annular combustion chamber 20 with the entrance to the free turbine 4.

Компрессор 18 содержит несколько ступеней, каждая из которых содержит направляющий аппарат 23 и рабочее колесо 24 (фиг. 1). Турбина 21 содержит, по меньшей мере, одну ступень. Каждая ступень компрессора 18 содержит сопловой аппарат 25 и рабочее колесо 26.Compressor 18 contains several stages, each of which contains a guide vane 23 and an impeller 24 (Fig. 1). The turbine 21 contains at least one stage. Each compressor stage 18 contains a nozzle apparatus 25 and an impeller 26.

Кольцевая камера сгорания 20 содержит жаровую трубу 27, форсуночную плиту 28 с форсунками 29 и с топливным коллектором 30 перед форсуночной плитой 28, предназначенным для подачи топливного газа к форсункам 29 через специальные каналы в форсуночной плите 28.The annular combustion chamber 20 contains a flame tube 27, a nozzle plate 28 with nozzles 29 and a fuel manifold 30 in front of the nozzle plate 28, designed to supply fuel gas to the nozzles 29 through special channels in the nozzle plate 28.

Более подробно конструкция кольцевой камеры сгорания 20 приведена далее со ссылкой на фиг. 2.The structure of the annular combustion chamber 20 will be described in more detail below with reference to FIG. 2.

Вал привода 31, соединяет рабочие колеса 24 компрессора 18 и рабочее колесо 26 турбины 21 и установлен на первой и второй опорах 32 и 33. Опор может быть более двух для многовальных двигателей.The drive shaft 31 connects the impellers 24 of the compressor 18 and the impeller 26 of the turbine 21 and is mounted on the first and second supports 32 and 33. There can be more than two supports for multi-shaft engines.

Система подачи топливного газа содержит основной топливопровод 34, один конец которого соединен с выходной газовой трубой 15, а другой - с топливным коллектором 30 камеры сгорания 20. В основном топливопроводе 34 установлены теплообменник предварительного нагрева 35 и регулятор расхода 36. Таким образом, питание кольцевой камеры сгорания 20 ГПА топливом осуществляется газом, перекачиваемым самим турбонасосным агрегатом, т.е. из выходной газовой трубы 15.The fuel gas supply system includes a main fuel line 34, one end of which is connected to the outlet gas pipe 15, and the other end to the fuel manifold 30 of the combustion chamber 20. The main fuel line 34 contains a preheat exchanger 35 and a flow controller 36. Thus, the supply of the annular chamber combustion of 20 GPA fuel is carried out by gas pumped by the turbopump unit itself, i.e. from the outlet gas pipe 15.

Система подачи синтез-газа содержит (фиг. 3 и 4) вторую газовую магистраль 37, присоединенную к основному топливопроводу 34 после теплообменника предварительного нагрева 35, второй клапан 38 на входе во вторую газовую магистраль 37.The synthesis gas supply system comprises (FIGS. 3 and 4) a second gas line 37 connected to the main fuel line 34 after the preheating heat exchanger 35, a second valve 38 at the inlet to the second gas line 37.

Выход из второй газовой магистрали 37 соединен с вторым коллектором 39, стоящий в тракте двигателя перед топливным коллектором 30.The outlet from the second gas line 37 is connected to the second manifold 39, which is located in the engine path in front of the fuel manifold 30.

В эту же систему входит эжекторная магистраль топлива 40, соединенная одной стороны с выходной газовой трубой 15, а с другой - с эжектором-смесителем 41. Эжекторная магистраль топлива 40 имеет кран эжектирования 42,The same system includes an ejector fuel line 40 connected on one side to the outlet gas pipe 15, and on the other hand to an ejector-mixer 41. The ejector fuel line 40 has an ejection valve 42,

Теплообменник окончательного нагрева 43 установлен в кольцевой камере сгорания 20 для его максимальной эффективности. Вход эжекторной магистрали топлива 40 соединен с выходной газовой трубой 15, а выход - с одним из входов в эжектор смеситель 41 (фиг. 1 и 2).The final heat exchanger 43 is installed in the annular combustion chamber 20 for maximum efficiency. The inlet of the ejector fuel line 40 is connected to the outlet gas pipe 15, and the outlet is connected to one of the inlets to the ejector mixer 41 (FIGS. 1 and 2).

Эжекторная магистраль топлива 40 предназначена для подачи относительно холодного, но имеющего большое давление топливного газа в эжектор-смеситель 41 для его эффективной работы как смесителя.The fuel ejector line 40 is designed to supply relatively cold but highly pressurized fuel gas to the ejector-mixer 41 for its efficient operation as a mixer.

Теплообменник окончательного нагрева 43 (фиг. 2 и 3) расположен внутри кольцевой камеры сгорания 20, точнее внутри ее жаровой трубы 27 на ее внешней жаровой трубе 44 и содержит форсунки синтез-газа 45 и в виде отверстий, выходящих в жаровую трубу 27. Топливный канал теплообменника 46 образован между внешней кольцевой стенкой которой является часть внешней жаровой трубы 46 и внутренней жаровой трубой и соединена на входе с вторым коллектором 39 а на выходе с форсунками синтез-газа 45.The final heating heat exchanger 43 (FIGS. 2 and 3) is located inside the annular combustion chamber 20, more precisely inside its flame tube 27 on its outer flame tube 44 and contains synthesis gas nozzles 45 and in the form of holes leading into the flame tube 27. Fuel channel The heat exchanger 46 is formed between the outer annular wall of which is part of the outer flame tube 46 and the inner flame tube and is connected at the inlet to the second manifold 39 and at the outlet with synthesis gas nozzles 45.

Теплообменник окончательного нагрева 43 (первый вариант) содержит ребра 49 (Фиг. 3 и фиг. 6) на внутренней кольцевой стенке 48 со стороны полости жаровой трубы 27.The final heating heat exchanger 43 (the first option) contains ribs 49 (Fig. 3 and Fig. 6) on the inner annular wall 48 from the side of the cavity of the flame tube 27.

Для снижения аэродинамических потерь теплообменник окончательного нагрева 43 может иметь пластинчатые продольные ребра (Фиг. 6), но возможно применение ребер 49 в виде цилиндров 51 (фиг. 7) или в виде конусов 52 (фиг. 8). В топливном канале теплообменника 46 может быть установлен катализатор 50.To reduce aerodynamic losses, the final heating heat exchanger 43 may have lamellar longitudinal ribs (Fig. 6), but it is possible to use fins 49 in the form of cylinders 51 (Fig. 7) or in the form of cones 52 (Fig. 8). Catalyst 50 can be installed in the fuel channel of the heat exchanger 46.

В теплообменнике окончательного нагрева 43 топливный газ нагревается до 800°…900°С и превращается в синтез-газ, более активный в окислительном процессе, чем топливный газ.In the final heating heat exchanger 43, the fuel gas is heated to 800°...900°C and turns into synthesis gas, which is more active in the oxidation process than fuel gas.

При этом важно, чтобы чрезмерно развитое оребрение не вносило значительные аэродинамические потери по продуктам сгорания в камере сгорания 20, что ухудшит в целом КПД газоперекачивающего агрегата. Однако применение оребрения уменьшит габариты теплообменника окончательного нагрева 43 еще в 2- 3 раза и повысит эффективность этого теплообменника.At the same time, it is important that excessively developed ribs do not introduce significant aerodynamic losses in terms of combustion products in the combustion chamber 20, which will worsen the overall efficiency of the gas-pumping unit. However, the use of fins will reduce the dimensions of the final heating heat exchanger 43 by another 2-3 times and increase the efficiency of this heat exchanger.

На фиг. 4 и 5 приведена газовоздушная форсунка 29.In FIG. 4 and 5 shows the gas-air nozzle 29.

Она содержит: хвостовик 53, являющийся частью корпуса 54, выходное отверстие 55, направляющие лопатки 56, наклонные каналы 57 для закрутки воздуха.It contains: shank 53, which is part of the body 54, outlet 55, guide vanes 56, inclined channels 57 for swirling air.

Эжекторная магистраль топлива 40 может быть оборудована (фиг. 1 и 2), редуктором эжектора 58 и эжекторным соплом 59.The fuel ejector line 40 can be equipped (FIGS. 1 and 2) with an ejector gearbox 58 and an ejector nozzle 59.

РАБОТА АГРЕГАТАUNIT OPERATION

При запуске газотурбинного двигателя 1 стартером (не показан) раскручивают вал привода 31, который раскручивает рабочее колесо 7 компрессора 18 (фиг. 1).When starting the gas turbine engine 1 starter (not shown) untwist the drive shaft 31, which spins the impeller 7 of the compressor 18 (Fig. 1).

Топливный газ по топливопроводу 34 через регулятор расхода 35 и клапан 36 поступает в полость топливного коллектора 30 и далее поступает в газо-воздушные форсунки 29 (фиг. 1 и 2).Fuel gas through the fuel line 34 through the flow regulator 35 and the valve 36 enters the cavity of the fuel manifold 30 and then enters the gas-air nozzle 29 (Fig. 1 and 2).

Одновременно часть топливного газа в объеме около 10%…30% от общего объема, идущего в кольцевую камеру сгорания 20 газоперекачивающего агрегата, по второй газовой магистрали 37 через по эжекторной магистрали топлива поступает в эжектор-смеситель 41 в котором он смешивается с топливом с относительно низкой температурой, но высоким давлением и подается в теплообменник предварительного нагрева 35 (фиг. 1 и 2) далее в теплообменник окончательного нагрева 43, где топливный газ преобразуется в синтез-газ и через форсунки синтез-газа 45 поступает в кольцевую камеру сгорания 20, точнее непосредственно в ее жаровую трубу 27.At the same time, part of the fuel gas in a volume of about 10% ... 30% of the total volume going into the annular combustion chamber 20 of the gas compressor unit, through the second gas line 37 through the ejector line of the fuel, enters the ejector-mixer 41 in which it is mixed with fuel with a relatively low temperature, but high pressure and is supplied to the preheating heat exchanger 35 (Fig. 1 and 2) then to the final heating heat exchanger 43, where the fuel gas is converted into synthesis gas and through the synthesis gas nozzles 45 enters the annular combustion chamber 20, more precisely directly into its fire tube 27.

В теплообменнике предварительного нагрева 35, топливный газ нагревается до 450°…500°С, а в теплообменнике окончательного нагрева 43 до 800…900°С и превращается в синтез-газ, более активный, чем топливный газ. В катализаторе 50 (фиг. 3) синтез-газ дополнительно активируется.In the preheating heat exchanger 35, the fuel gas is heated to 450°...500°C, and in the final heating heat exchanger 43 to 800...900°C and turns into synthesis gas, more active than the fuel gas. In catalyst 50 (FIG. 3), synthesis gas is further activated.

Расположение теплообменника в жаровой трубе 27 кольцевой камеры сгорания 20 позволит максимально снизать его вес и повысить эффективность в 2…3 раза за счет очень высокой температуры продуктов сгорания, которая в современных ГТД достигает 1500°С.The location of the heat exchanger in the flame tube 27 of the annular combustion chamber 20 will make it possible to reduce its weight as much as possible and increase its efficiency by 2–3 times due to the very high temperature of the combustion products, which in modern gas turbine engines reaches 1500°C.

При этом теплообменник окончательного нагрева 43 имеет низкое аэродинамическое сопротивление и не ухудшают характеристики газотурбинного двигателя 1 и в целом газоперекачивающего агрегата.At the same time, the final heating heat exchanger 43 has a low aerodynamic resistance and does not impair the characteristics of the gas turbine engine 1 and the gas compressor unit as a whole.

В результате, несмотря на относительно малое количество синтез-газа он равномерно перемешивается с воздухом и топливным газом в зоне горениям и активирует процесс горения по всему объему жаровой трубы 27. Расположение форсунок синтез-газа 45 непосредственно в жаровой трубе 27 предотвращает рекомбинацию ионов и радикалов синтез-газа и повышает полноту сгорания. Этому же способствует тот факт, что применено большое число мелких форсунок синтез-газа 45, в виде отверстий во внутренней кольцевой стенке 48 в теплообменнике окончательного нагрева 43.As a result, despite the relatively small amount of synthesis gas, it evenly mixes with air and fuel gas in the combustion zone and activates the combustion process throughout the entire volume of the flame tube 27. The location of the synthesis gas nozzles 45 directly in the flame tube 27 prevents the recombination of ions and synthesis radicals. -gas and increases the completeness of combustion. This is also facilitated by the fact that a large number of small synthesis gas nozzles 45 are used, in the form of holes in the inner annular wall 48 in the final heating heat exchanger 43.

Одновременно при запуске газотурбинного двигателя 1 раскручивается вал 9 и свободная турбина 4 с нагнетающим компрессором 10, который повышает давление перекачиваемого газа.At the same time, when the gas turbine engine 1 is started, the shaft 9 and the free turbine 4 with the blower compressor 10 are spun, which increases the pressure of the pumped gas.

Применение изобретения позволило:The application of the invention allowed:

- значительно повысить КПД агрегата за счет большей активности синтез-газа, и сохранения этой активности после подачи в зону горения за счет минимальной близости теплообменника форсунок синтез-газа к внутренней полости камеры сгорания, а именно полости ее жаровой трубы, и оптимального места установки катализатора,- significantly increase the efficiency of the unit due to the greater activity of the synthesis gas, and the preservation of this activity after supply to the combustion zone due to the minimum proximity of the heat exchanger of the synthesis gas injectors to the internal cavity of the combustion chamber, namely the cavity of its flame tube, and the optimal location of the catalyst,

- увеличить степень нагрева топливного газа в теплообменнике, что легче осуществить, так как, во-первых, максимальное значение температуры продуктов сгорания в двигателе имеет место в зоне горения жаровой трубы, во-вторых топливный газ предварительно подогрет в теплообменнике предварительного нагрева,- increase the degree of heating of the fuel gas in the heat exchanger, which is easier to implement, since, firstly, the maximum value of the temperature of the combustion products in the engine takes place in the combustion zone of the flame tube, and secondly, the fuel gas is preheated in the preheating heat exchanger,

- уменьшить габариты теплообменника окончательного нагрева из-за большого температурного напора на стенках этого теплообменника, установленного в зоне самых высоких температур в газоперекачивающем агрегате,- reduce the dimensions of the final heating heat exchanger due to the large temperature difference on the walls of this heat exchanger, installed in the zone of the highest temperatures in the gas compressor unit,

- предотвратить прогар теплообменника окончательного нагрева за счет использования эжектирующей магистрали топлива с относительно холодным топливом.- to prevent burnout of the final heating heat exchanger by using the fuel ejector line with relatively cold fuel.

Claims (5)

1. Газоперекачивающий агрегат, содержащий газотурбинный двигатель, входное устройство, компрессор, кольцевую камеру сгорания с жаровой трубой, имеющей внешнюю жаровую стенку и топливо-воздушными форсунками на форсуночной плите, соединенными через топливный коллектор с основным топливопроводом, турбину, свободную турбину и выхлопное устройство, систему синтез-газа, которая содержит систему отбора газа и эжекторную магистраль с эжектором-смесителем, к которому присоединены выходы системы отбора газа и эжекторная магистраль, к входу из эжектора-смесителя присоединен теплообменник предварительного нагрева, установленный в выхлопном устройстве, а к выходу эжектора-смесителя через второй коллектор присоединен теплообменник окончательного нагрева с катализатором, отличающийся тем, что эжекторная магистраль выполнена в виде эжекторной магистрали топлива, теплообменник окончательного нагрева установлен внутри жаровой трубы на ее внешней жаровой стенке и оборудован форсунками синтез-газа, а катализатор установлен в топливном канале этого теплообменника.1. A gas compressor unit containing a gas turbine engine, an inlet device, a compressor, an annular combustion chamber with a flame tube having an external flame wall and fuel-air nozzles on the nozzle plate connected through a fuel manifold to the main fuel line, a turbine, a free turbine and an exhaust device, a synthesis gas system, which contains a gas extraction system and an ejector line with an ejector-mixer, to which the outlets of the gas extraction system and an ejector line are connected, a preheating heat exchanger installed in the exhaust device is connected to the inlet from the ejector-mixer, and to the outlet of the ejector - mixer, a final heating heat exchanger with a catalyst is connected through the second manifold, characterized in that the ejector line is made in the form of a fuel ejector line, the final heating heat exchanger is installed inside the flame tube on its outer flame wall and is equipped with synthesis gas injectors, and The lyzer is installed in the fuel channel of this heat exchanger. 2. Газоперекачивающий агрегат по п. 1, отличающийся тем, что теплообменник окончательного нагрева имеет на внутренней стенке ребра.2. The gas compressor unit according to claim 1, characterized in that the final heating heat exchanger has ribs on the inner wall. 3. Газоперекачивающий агрегат по п. 2, отличающийся тем, что ребра выполнены в виде продольных пластин.3. Gas pumping unit according to claim 2, characterized in that the ribs are made in the form of longitudinal plates. 4. Газоперекачивающий агрегат по п. 2, отличающийся тем, что ребра выполнены в виде цилиндров.4. Gas pumping unit according to claim 2, characterized in that the ribs are made in the form of cylinders. 5. Газоперекачивающий агрегат по п. 2, отличающийся тем, что ребра выполнены в виде конусов.5. Gas pumping unit according to claim 2, characterized in that the ribs are made in the form of cones.
RU2021124887A 2021-08-20 Gas pumping unit RU2773995C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2773995C1 true RU2773995C1 (en) 2022-06-14

Family

ID=

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5450725A (en) * 1993-06-28 1995-09-19 Kabushiki Kaisha Toshiba Gas turbine combustor including a diffusion nozzle assembly with a double cylindrical structure
RU2708957C1 (en) * 2019-01-17 2019-12-12 Общество с ограниченной ответственностью "Газпром трансгаз Самара" Gas-turbine unit of gas transfer unit
RU2735040C1 (en) * 2020-05-12 2020-10-27 Николай Борисович Болотин Gas transfer unit
RU2735881C1 (en) * 2020-05-12 2020-11-09 Николай Борисович Болотин Gas transfer unit

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5450725A (en) * 1993-06-28 1995-09-19 Kabushiki Kaisha Toshiba Gas turbine combustor including a diffusion nozzle assembly with a double cylindrical structure
RU2708957C1 (en) * 2019-01-17 2019-12-12 Общество с ограниченной ответственностью "Газпром трансгаз Самара" Gas-turbine unit of gas transfer unit
RU2735040C1 (en) * 2020-05-12 2020-10-27 Николай Борисович Болотин Gas transfer unit
RU2735881C1 (en) * 2020-05-12 2020-11-09 Николай Борисович Болотин Gas transfer unit

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4982564A (en) Turbine engine with air and steam cooling
US4112676A (en) Hybrid combustor with staged injection of pre-mixed fuel
EP1934529B1 (en) Fuel nozzle having swirler-integrated radial fuel jet
KR102065582B1 (en) Fuel injection device for gas turbine, fuelnozzle and gas turbinehaving it
US20070151257A1 (en) Method and apparatus for enabling engine turn down
US11815026B2 (en) Combustor nozzle, and combustor and gas turbine including the same
US11313561B2 (en) Combustor with axial fuel staging system and gas turbine having the same
US8413446B2 (en) Fuel injector arrangement having porous premixing chamber
RU2773995C1 (en) Gas pumping unit
CA1235583A (en) Processes of intensification of the thermoenergetical cycle and air jet propulsion engines
RU2773994C1 (en) Gas pumping unit
JP7456082B2 (en) Combustor nozzle, combustor, and gas turbine including the same
RU2764940C1 (en) Gas pumping unit
RU2758172C1 (en) Gas pumping unit
RU2785168C1 (en) Gas pumping unit
RU2735040C1 (en) Gas transfer unit
JP7408908B2 (en) Combustor nozzle, combustor, and gas turbine including the same
RU2376483C1 (en) Nuclear gas turbine engine with afterburning
RU2735881C1 (en) Gas transfer unit
RU2561772C1 (en) Air-jet engine
RU2769743C1 (en) Method for cooling the buckets of the turbine of a gas turbine engine and apparatus for implementation thereof
RU2779814C1 (en) Gas turbine unit of gas pumping unit with anti-iced device
RU2554392C1 (en) Hydrogen gas turbine engine
KR102011067B1 (en) Gas turbine and operating method of the same
US20240003538A1 (en) Hollow nozzle, combustor including hollow nozzle, and gas turbine including combustor