RU37773U1 - GAS TURBINE SYSTEM - Google Patents

Description

---TTTT S -Vrt - li iiЬ; J tV - --- TTTT S -Vrt - li iib; J tV -

МКИ: F02C 9/48MKI: F02C 9/48

Газотурбинная снстемаGas turbine

Предлагаемая полезная модель относится к газотурбинным системам и может быть использована для получения тепловой и электрической энергии при сжигании природного газа с высокой полнотой сгорания.The proposed utility model relates to gas turbine systems and can be used to produce thermal and electric energy when burning natural gas with a high degree of combustion.

В качестве аналога выбрано устройство по сжиганию топлива по патенту РФ №2156935 от 8 .07 .99 , F 26В23/02 .Устройство по аналогу содержит емкость для топлива, соединительные трубопроводы, органы управления, вентилятор и расположенную за ним по ходу потока воздуха камеру сгорания с огневым днищем, систему поджига, наружную обечайку, образующую цилиндрическую полость вокруг камеры сгорания, двухкомпонентные форсунки соплового типа, размещенные в огневом днище и соединенные по входу с выходом воздуха вентилятора, а по выходу совмещены с внутренней поверхностью огневого днища.The device for burning fuel according to the patent of the Russian Federation No. 2156935 from 8 .07 .99, F 26В23 / 02 was selected as an analog. with a fire bottom, an ignition system, an outer shell forming a cylindrical cavity around the combustion chamber, two-component nozzle-type nozzles located in the fire bottom and connected at the inlet to the fan air outlet, and at the exit are combined with the inner the top of the fire bottom.

Устройство по аналогу работает по принципу создания воздухом вентилятора разряжения при прохождении через двухкомпонентную форсунку соплового типа. Благодаря этому происходит засасывание топлива в форсунку через систему трубопроводов из топливной емкости. Форсунки выполнены таким образом, что в них происходит смешение топлива с воздухом в стехиометрическом соотношении. Полученная смесь поступает в камеру сгорания, где воспламеняется системой поджига и сгорает. Выравнивание поля температур сгоревшей смеси происходит как в камере сгорания, так и за ее пределами путем смещения продуктов сгорания с вторичным воздухом.The device, by analogy, works by the principle of creating a vacuum fan by air when passing through a two-component nozzle type nozzle. Due to this, the fuel is sucked into the nozzle through the piping system from the fuel tank. The nozzles are designed in such a way that they mix fuel with air in a stoichiometric ratio. The resulting mixture enters the combustion chamber, where it is ignited by the ignition system and burns. The temperature field of the burnt mixture is equalized both in the combustion chamber and beyond by displacing the combustion products with secondary air.

Недостатком технического решения по аналогу является низкий уровень давления газов в камере сгорания. Выходящий из устройства поток горячих газов не может быть использован для эффективного получения механической энергии в турбине , а также не может применяться для нагрева теплоносителей в теплообменных аппаратах соThe disadvantage of the technical solution by analogy is the low level of gas pressure in the combustion chamber. The hot gas stream leaving the device cannot be used to efficiently obtain mechanical energy in a turbine, and cannot be used to heat coolants in heat exchangers with

значительным гидравлическим сопротивлением ( коэффициент сохранения полного давления по ходу горячего потока должен составлять величину не менее 0.94).significant hydraulic resistance (the coefficient of conservation of total pressure along the hot stream should be at least 0.94).

Известно теплогенераторное устройство для сжигания топлива по полезной модели № 25069 (заявка № 2002106071 от 21.03.02), которое (принято за прототип) содержит камеру сгорания с огневым днищем, двухкомпонентные струйные форсунки, расположенные в огневом днище и связанные с источником сжатого воздуха, турбину, связанную с выходом камеры сгорания, блок управления расходами и давлениями воздуха и топлива. Сжигание топлива в камере сгорания при повьппенном давлении топливо- воздушной смеси позволяет в техническом рещении по прототипу расширить потребительские качества устройства за счет получения в нем (помимо тепла) электричества. Это достигается тем , что продукты сгорания топливовоздушной смеси направляются из камеры сгорания в турбину,, которая генерирует мощность, передаваемую электрогенератору.A heat-generating device for burning fuel is known according to utility model No. 25069 (application No. 2002106071 dated 03/21/02), which (adopted as a prototype) contains a combustion chamber with a fire bottom, two-component jet nozzles located in the fire bottom and connected to a source of compressed air, a turbine associated with the output of the combustion chamber, the control unit costs and pressures of air and fuel. The combustion of fuel in the combustion chamber at a higher pressure of the air-fuel mixture makes it possible in the technical solution of the prototype to expand the consumer qualities of the device by generating electricity (in addition to heat). This is achieved by the fact that the combustion products of the air-fuel mixture are sent from the combustion chamber to the turbine, which generates the power transmitted to the generator.

Недостатком технического решения по прототипу является повышенное содержание окислов азота в выхлопных газах, что обусловлено повьппенным давлением (и температурой) топливовоздушной смеси в камере сгорания.The disadvantage of the technical solution for the prototype is the high content of nitrogen oxides in the exhaust gases, which is due to the increased pressure (and temperature) of the air-fuel mixture in the combustion chamber.

Полезная модель ставит задачу уменьшения содержания окислов азота в выхлопных газах устройства.A useful model poses the problem of reducing the content of nitrogen oxides in the exhaust gases of the device.

Поставленная задача рещается тем, что газотурбинная система содержит камеру сгорания с огневым днищем, двухкомпонентные струйные форсунки, расположенные в огневом днище и связанные с источником сжатого воздуха, турбину, связанную с выходом камеры сгорания, блок управления расходами и давлениями воздуха и топлива, причем форсунки выполнены многоствольными и к центральному стволу подведена водяная магистраль, связанная с водяной емкостью, расположенной над газотурбинной системой и соединенной в верхней своей части с источником сжатого воздуха .The problem is solved in that the gas turbine system contains a combustion chamber with a fire bottom, two-component jet nozzles located in the fire bottom and connected to a source of compressed air, a turbine associated with the output of the combustion chamber, a unit for controlling the flow rates and pressures of air and fuel, the nozzles being made multi-barrel and a water trunk connected to the central trunk connected with a water tank located above the gas turbine system and connected in its upper part to a compressed source air.

На фиг.1 представлена схема газотурбинной системы. На фиг.2 показан узел «А фигуры 1 в более крупном масштабе.Figure 1 presents a diagram of a gas turbine system. Figure 2 shows the node "A of figure 1 on a larger scale.

Турбина 1, электрогенератор 2, камера сгорания 3, источник 4 сжатого воздуха, магистраль 5 сжатого воздуха к водяной емкости, водяная емкость 6, магистраль 7 от водяной емкости к камере сгорания, многоствольная форсунка 8 с центральным и периферийными стволами, жиклер 9, блок 10 управления расходом и давлением воздуха и топлива, воспламенитель 11.Turbine 1, electric generator 2, combustion chamber 3, compressed air source 4, compressed air line 5 to the water tank, water tank 6, highway 7 from the water tank to the combustion chamber, multi-barrel nozzle 8 with central and peripheral shafts, nozzle 9, block 10 air and fuel flow and pressure control, igniter 11.

Работа системы осуществляется следующим образом.The system is as follows.

магистрали 7. Из-за того, что температура сжатого воздуха выше температуры насыщенного нара воды, происходит ее испарение в центральном стволе и охлаждение паро-воздушной смеси в нем, а после смешения с топливовоздушной смесью, выходящей из периферийных стволов, происходит понижение температуры топливно-воздушпой смеси в камере сгорания 3, которая затем поджигается воспламенителем 11. Образовавшийся в результате сгорания топлива горячий газ расширяется в турбине 1, приводящей электрогенератор 2, мощность которой регулируется блоком управления расходами и давлениями воздуха и топлива 10.Highway 7. Due to the fact that the temperature of the compressed air is higher than the temperature of the saturated bunk of the water, it evaporates in the central barrel and cools the steam-air mixture in it, and after mixing with the air-fuel mixture leaving the peripheral shafts, the temperature of the fuel air mixture in the combustion chamber 3, which is then ignited by the igniter 11. The hot gas formed as a result of the combustion of the fuel expands in the turbine 1 leading the electric generator 2, the power of which is regulated by the control unit consumption and pressure of air and fuel 10.

Для упрощения системы подачи воды в форсунки (исключения необходимости установки в системе насоса) вода в форсунки подается из емкости 6, расположенной вьппе камеры сгорания 3, давление в воздушной подушке которой поддерживается равным давлению в источнике сжатого воздуха 4 путем соединения их магистралью 5.To simplify the system for supplying water to the nozzles (eliminating the need to install in the pump system), water is supplied to the nozzles from the tank 6 located in the combustion chamber 3, the pressure in the air cushion of which is maintained equal to the pressure in the compressed air source 4 by connecting them with a highway 5.

Для уменьшения разницы в величинах расхода воды в форсунках, расположенных в верхней и нижней частях камеры сгорания, в водяных форсунках могут быть установлены жиклеры 9 с калиброванными отверстиями, а емкость 6 устанавливается так, чтобы уровень воды в ней бьш не менее чем на 7м выше оси камеры сгорания.To reduce the difference in water flow rates in the nozzles located in the upper and lower parts of the combustion chamber, nozzles 9 with calibrated holes can be installed in the water nozzles, and the tank 6 is set so that the water level in it is at least 7 m above the axis combustion chambers.

Как показывают расчеты применительно к нараметрам газотурбинной установки ПАЭС-2500 использование в ней предполагаемого технического решения позволит на 50% снизить содержание окислов азота в выхлопных газах при вводе в камеру сгорания 600кг воды в час.As calculations show with respect to the parameters of the PAES-2500 gas turbine unit, the use of the proposed technical solution in it will allow a 50% reduction in the content of nitrogen oxides in the exhaust gases when 600 kg of water are introduced into the combustion chamber.

Планируется внедрение данной полезной модели в 2004 году в ЗАО НГТ-Энергия на электростанции ПАЭС-2500.It is planned to introduce this utility model in 2004 at CJSC NGT-Energia at the PAES-2500 power plant.

Claims (1)

Газотурбинная система, содержащая камеру сгорания с двухкомпонентными струйными форсунками, сообщающимися с источником сжатого воздуха, турбину, установленную на выходе из камеры сгорания, блок управления расходом и давлением воздуха и топлива, отличающаяся тем, что форсунки выполнены многоствольными с центральным и периферийными стволами, причем к центральному стволу подведена водяная магистраль, связанная с водяной емкостью, установленной над камерой сгорания и соединенной своей верхней частью с источником сжатого воздуха.A gas turbine system comprising a combustion chamber with two-component jet nozzles in communication with a compressed air source, a turbine installed at the outlet of the combustion chamber, an air and fuel flow and pressure control unit, characterized in that the nozzles are multi-barrel with central and peripheral shafts, moreover, the central trunk has a water line connected to a water tank installed above the combustion chamber and connected by its upper part to a source of compressed air.