RU30863U1 - Газотурбинная установка - Google Patents

Description

МКИ 7 F02C F02C

Полезная модель относится к области энсргеТпки, более конкретно, к газотурбинным установкам, работаюищм на усле или дру|их «идах органического топлива, в том числе, продуктах газификац1Н1 твердых бытовых отходах и может найти применение нри создании сравнительно простых стационарных или мобильных энергоустановок различной единичной мощности.

Известна газотурбинная установка, рабогаюииш на парогазовой смеси и содержан1а51 камеру сгорания, многоступенчатую т-азовую турбину, многостунеичатый компрессор, тенлообмеиники и систему лодами воды в камеру сгорания (см. Г.М. Алексеев Общая тенлотехника, М., Высшая школа, 1980 г., с. 512).

Такие ГТУ разрабатывались в СО АИ СССР для энергоустановок морского транспорга. К недостаткам известной газотурби1И1ой установк-и можно отнести сложность ее схемы, невозможность использования в Heii твердого тон;н1ва, например, угля, являющегося в отдельных регионах самым дешевым и раснространенным видом тоилива.

Наиболее бJHlЗким тех1Н1ческим решением к нре/июженному являе1ся газотурби1Н1ая установка, работаюи1ая на твердом гонливе и содерлапцая газификатор, камеру сгорания, газовую турбину, компрессор, тенлообме1ни1ки, фильтры и систему гюдачи воды в газовый тракт (см. патент РФ № 2044145, МКИ 6 F02C , бюл. 26, 1995г. - нрототип).

К недостаткам извеспюИ ГТУ можно (Псутствие систем1 1 очистки нродукгов газификации перед их иодачей в камеру сгораиия усчановки, ч го снижает ее надежность и ресурс рабочих лонаток г-азовой турбины.

Решаемой задачей является создание эф())егсгивной, на;№жной и сравнителыю иросгой ГТУ, работающей на различных тииах дешевогх) топлива и снабженной двухстуненчатой системой очистки нродуктов газификации тонлива и средствами иодачи воды в газовый тракт и компрессор для снимсеиия работы сжагия окислителя .

Реиление указагн1ой задачи достигаегся тем, что в газотурбинной установке, содержащей га: ификатор тон;н1ва, камеру сгораиия, га:ювую , комнрессор, тенлообменники, фильг|1ы и систему подачи воды в газовый тракг, согласно иолезиой модели, в тракт усгановки между газификатором и камерой сгорания введетн г фиJнyгpы грубой и тонкой очистки продуктов газификации и охладитель продуктов газификации, причем фильтр грубой очистки выполнен в виде циююна, нижний выход которого соединен с дополнительным входом газификатора для подвода в него несгоревшей части топлива, а выход фильтра тонкой очистки соединен со входом камеры сгорания, при этом охладитель продуктов газификации установлен на входе одного из указанных фильтров, выход компрессора соединен через рекуперативный теплообменник на выходе газовой турбины со входом газификатора по окислителю и камерой сгорания, а система подачи воды в газовый тракт снабжена средствами для ее подводажо входу компрессора и его выходу.

соответствующий выход охла иггеля соединен с дополнительным входом в камеру сгорания газовой турбины.

Кроме того, охладитель продуктов газификации может быть вынолиен в виде смесителя продуктов газификации, воды или пароводяной смеси, а вход смесителя для пароводяной смеси соедииен неносредстпенно с системой нодачи йоды или через рекуперативный теплообменник па выходе 141301юй турбины

Кроме того, система подачи воды может быть снабжена дополнительно средствами для ее подвода в ступени компрессора.

Кроме того, фильтр тонкой очлстки продуктов газификации может быть выполнен в виде металлотканевого филыра.

Кроме того, газификатор может быть выполнен с возможностью работы на угле, продуктах переработки нефти, растшельном сырье или твердых бытовых отходах, содержащих органическое тоиливо.

Такое выполнение ГТУ позволяет значительно повысить кпд цикла (до 50 % и выше) за счет снижения работы на привод компрессора и более полной регенерации тепла вь xJюнныx газов. Упрощение схемы и характеристик компо11ентов ГТУ достигается применением двухступенчатой очистки спптез-газа п его охлалсдепия паровоздушной смесью окислителя, водой или пароводяной смесью.

На чергеже нриведе1Н11 нринцинпальные схемы ГТУ с охладителем рекуперативного типа (фиг. I) и смесительного типа (фнг.2).

Схема ГТУ первого типа (фигЛ) содержит газификатор 1, работшощий, иапример, па угле, циююн грубой очистки продуктов газификации угля 2, высокотемпературный метал;юткапевый фильтр тонкой очистки 3, промежуточный охладУ1тель рекуперативного iinia 4, камеру сгорания парогазовой смеси 5, газовую турбину 6, воздушный компрессор 7, рекуперативный теплообменник 8 на выходе газовой турбины 6 и систему подачи воды 9 в компрессор 7. Рекуперативный теплообменник 8 предназначен для подогрева паровоздуш1юй смеси перед подачей в газификатор 1 и, через охладитель 4, в газовую турбину 6, которая нагружена на компрессор 7 и турбогенератор 10.

Схема ГТУ второго типа (фиг.2) содержит также газификатор 1, циклон грубой очистки 2, фильтр тонкой очистки 3, смесительный охладитель 4, установленный на входе в циклоп 2, камеру сгорания 5, газовую турбину 6, воздушный компрессор 7, рекуперативпый теплообмеппик 8 на выходе газовой турбины 6 и систему подачи воды 9 в компрессор 7. Рекуперативный теплообменник 8 предпазначеи для подогрева паровоздушной и пароводяпой смеси перед газификатором 1, камерой сгорания 5 и охладителем 4. Газовая турбина 6 нагружена на компрессор 7 и турбогеператор 10.

Система подачи воды 9 может бьпъ снабжена средствами подвода воды в каждую ступень компрессора 7 (фиг.2) для одновременного сжатия воздуха и испарения порций впрыснутой воды, обеспечивающего внутреннее охлаждение сжатой смеси и уменьшения работы сжатия.

Для каждо1о региона пли лля особых ycjjoniiii эксплуагацпп эисргоус/гамовок целесообразно использоваине в ГГУ тех видов органического или минерального тонлива, которыми богата данная местность. Эго могут н бедные угли средней полосы России, сырая нефть или нефтяные остаткм ее переработки Р нефгеноснг.тх районах крайнего севера, отходы лесоперерабатынаюгцнх нреднрпягий млн сгораемый мусор больишх городов.

ГТУ с рекунеративным охладителем работает следующим образом.

Подготовленная заранее угольная ныль нодаегся в газификатор 1 в ноток нродуетов сгорания куда одновременно ностунает подогретая, в теплообменнике 9 паровоздушная смесь из компрессора 7. Происходит частичная газнфгисация угля и его нревраи.;етн1е в синтез-газ.

Продукты газификации направляются в циююн грубой очистки 3, где кокс и зола отделяются от нродукюв газификации и возвращаются в газификатор I. Темнература на выходе из газификатора вын1е 870 К. Эффекгивность очистки в циююне 2 резко надаег для частиц размером ииже 10 мкм, ноэгому в сисгеме очистки рабочего тела газовой турбины 6 требуется дополнительный фильтр тонкой очистки 3, например, металлотканевый фильтр с рабочей темнературой 870 К. В этом случае нр(ъчукты газификации перед фильтром 3 надо охладить в рекуперачивном тен;юобмегн1нке (охладителе) 4 иаровоздуинюй смесью, иостуиаюн ей от компрессора 7 через -lenjiooGMenHHic 8.

Понижение температуры продукгов газификации молсно достичь также при установке охладигеля 4 на входе (|) грубой очистки (циююна) 2. После очистки продукты газификации и нодогрегая паровоздушная смесь ностунаюг в камеру сгорания 5 газовой

турбины 6, нагрузкой которой являются компрессор 7 и турбоге1{ератор 10. Подача воды в компрессор 7 осуществляется дня уменьшения мон ности привода и работы сжатия окислителя, что в значительной степени упрощает схему ГТУ, обеспечивая в то же время увеличение кпд устаповки благодаря хорошей регенерации тепла вых1юпных газов.

ГТУ второго типа (фиг. 2) работает ана;югично за исключением того, что охладитель 4 выполнен смесительным. В этом случае вода или иодогретая в теплообменнике 8 нароводяная смесь, смешиваясь с продуктами газификации на входе фильтра грубой очистки 2, обеспечивает необходимые снижение температуры перед фильтром тонкой очистки 3 и иодготовку топливной смеси перед камерой сгорания 5 газовой турбины 6.

Такое выполнение ГТУ, работающей на угле, позволяет, согласно расчетам, повысить ее термический кпд до 50% и более при температуре на входе в газовую турбину 1600 К с учетом горячей очистки продуктов газификации и подачи воды в компрессор.

.,

Claims (6)

1. Газотурбинная установка, содержащая газификатор топлива, камеру сгорания, газовую турбину, компрессор, теплообменники, фильтры и систему подачи воды в газовый тракт, отличающаяся чем, что в тракт установки между газификатором и камерой сгорания введены фильтры грубой и тонкой очистки продуктов газификации и охладитель продуктов газификации, причем фильтр грубой очистки выполнен в виде циклопа, нижний выход которого соединен с дополнительным входом газификатора для подвода в него несгоревшей части топлива, а выход фильтра тонкой очистки соединен со входом камеры сгорания, при этом охладитель продуктов газификации установлен на входе одного из указанных фильтров, выход компрессора соединен через рекуперативный теплообменник на выходе газовой турбины со входом газификатора по окислителю и с камерой сгорания, а система подачи воды в газовый тракт снабжена средствами для ее подвода ко входу компрессора и его выходу.

2. Газотурбинная установка по п.1, отличающаяся тем, что охладитель продуктов газификации выполнен в виде рекуперативного теплообменника, вход которого по тракту паровоздушной смеси соединен с выходом компрессора через рекуперативный теплообменник на выходе газовой турбины, а соответствующий выход охладителя соединен с дополнительным входом в камеру сгорания газовой турбины.

3. Газотурбинная установка по п.1, отличающаяся тем, что охладитель продуктов газификации выполнен в виде смесителя продуктов газификации, воды или пароводяной смеси, а вход смесителя для пароводяной смеси соединен непосредственно с системой подачи воды или через рекуперативный теплообменник на выходе газовой турбины.

4. Газотурбинная установка по пп.1-3, отличающаяся тем, что система подачи воды снабжена дополнительно средствами для ее подвода в ступени компрессора.

5. Газотурбинная установка по пп.1-4, отличающаяся тем, что фильтр тонкой очистки продуктов газификации выполнен в виде металлотканевого фильтра.

6. Газотурбинная установка по пп.1-5, отличающаяся тем, что газификатор выполнен с возможностью работы на угле, продуктах переработки нефти, растительном сырье или твердых бытовых отходах, содержащих органическое топливо.