СИСТЕМА ТОПЛИВОПОДАЧИ ГАЗОТУРБИННОЙ УСТАНОВКИ Российский патент 1998 года по МПК F02C3/30 F02C7/22 

Изобретение относится к газотурбинным установкам, работающим на природном газе, а именно к системе их топливоподачи.

Известна система топливоподачи газотурбинной установки, содержащая турбину, соединенную через эжектор с высоконапорной газовой магистралью. Причем у эжектора газ проходит через активное сопло, в воздух, засасываемый из атмосферы, - через его пассивное сопло, и эта газовоздушная смесь подается на пусковую турбину (авт. свид. СССР N 1262075, МКИ F 02 C 3/00, 1986).

Здесь газовоздушная смесь, пройдя через турбину, выбрасывается в атмосферу, что не только невыгодно с точки зрения энергетически, но плохо с противопожарной и экологической точки зрения.

Известна также система топливоподачи газотурбинной установки, содержащая камеру сгорания, соединенную через эжектор с газовой магистралью (авт. свид. СССР 935638, МКИ F 02 C 9/00, 1980). Активное сопло эжектора соединено с газовой высоконапорной магистралью, а пассивное сопло с низконапорным выходом пусковой турбины, работающей также на газе.

Такая система топливоподачи предназначена только для перекачивающих агрегатов, устанавливаемых на высоконапорных магистральных газопроводах.

Если же газотурбинная установка используется для других целей, например, в качестве энергетической и для своей работы использует природный газ, который поступает из городских газовых магистралей, имеющих давление от 1,5 до 12 ати, то такая система топливоподачи не обеспечивает надежной работы газотурбинной установки. Связано это с тем, что для работы современной газотурбинной установки необходимо давление подачи газа в ее камеру сгорания не менее 25 ати.

Задача изобретения - обеспечение надежной работы системы топливоподачи для современной газотурбинной установки, использующей природный газ из низконапорных газовых магистралей, например городских, при этом обеспечивающей снижение вредных выбросов при минимальных потерях энергии и воды и минимальных капитальных затратах.

Поставленная задача достигается тем, что в системе топливоподачи газотурбинной установки, содержащей камеру сгорания, соединенную через эжектор с газовой магистралью, активное сопло эжектора подключено к высоконапорной паровой магистрали, а выход эжектора соединен с конденсатором-охладителем, имеющим газовый и водный выходы, причем водный выход конденсатора-охладителя через дозатор расхода воды также соединен с камерой сгорания. Кроме того, перед эжектором система топливоподачи снабжена дополнительными, установленными последовательно по меньшей мере одним эжектором и одним конденсатором-охладителем, причем активное сопло дополнительного эжектора подключено к высоконапорной паровой магистрали, а газовый выход дополнительного конденсатора-охладителя соединен со входом эжектора, расположенного за ним.

Новым здесь является то, что активное сопло эжектора подключено к высоконапорной паровой магистрали, а выход эжектора соединен с конденсатором-охладителем, имеющим газовый и водный выходы, причем водный выход конденсатора-охладителя через дозатор расхода воды также соединен с камерой сгорания. Кроме того, перед эжектором система снабжена дополнительными, установленными последовательно по меньшей мере одним эжектором и одним конденсатором-охладителем, причем активное сопло дополнительного эжектора подключено к высоконапорной паровой магистрали, а газовый выход дополнительного конденсатора-охладителя соединен с входом эжектора, расположенного за ним.

Подключение активного сопла эжектора к высоконапорной паровой магистрали, а выхода эжектора - к конденсатору-охладителю, имеющему газовый и водный выходы, позволяет повысить давление газа на входе в камеру сгорания газотурбинной установки до оптимального для нее значения.

Соединение водного выхода конденсатора-охладителя через дозатор расхода воды с камерой сгорания газотурбинной установки позволяет одну часть воды направить потребителю или в паровой котел для повторного использования, а другую, отдозированную, - в камеру сгорания. Подача воды в первичную зону камеры сгорания позволяет максимально снизить образование окислов азота в продуктах сгорания камеры. Причем надо иметь в виду, что расход воды требуется меньшим, чем при подаче в камеру сгорания пара, что в свою очередь ведет к сохранению оптимального процесса горения. Кроме того, ввиду значительно большей плотности воды по сравнению с паром и топливным газом объемный расход ее при требуемом массовом расходе незначителен, так что предлагаемая система подачи топлива позволяет сохранить существующие элементы топливной системы, то есть доработки существующей системы будут минимальными.

При этом надо иметь в виду, что все параметры воды, поступающей в камеру сгорания, а именно температура, давление, точно такие же как и у газа, подаваемого в ту же камеру, так как оба этих компонента забираются из одного и того же места, а именно с выхода конденсатора-охладителя. Здесь не надо никаких устройств для выравнивания указанных параметров воды и газа. Задача дозатора воды лишь в том, чтобы направить в камеру сгорания оптимальное количество воды с точки зрения экономичности и экологии, и отвести другую основную часть воды потребителю или в паровой котел, поэтому здесь возможно использование в качестве дозатора обычной дроссельной шайбы.

Установка перед эжектором дополнительных, размещенных последовательно эжектора и конденсатора-охладителя, у которых активное сопло дополнительного эжектора подключено к высоконапорной паровой магистрали, а газовый выход дополнительного конденсатора-охладителя соединен с входом эжектора, расположенного за ним, позволяет обеспечить надежную работу системы топливоподачи даже при минимальных, аварийных значениях давления газа на входе в систему. Здесь в дополнительной ступени обеспечивается первичное предварительное увеличение давление газа и на вход основного эжектора газ поступает с оптимальным давлением. Вода с выхода дополнительного конденсатора-охладителя полностью отводится в паровой котел для повторного использования или потребителю. Эта дополнительная ступень обычно работает при минимальном давлении газа, ниже обусловленного в технических требованиях уровня, например, в зимних условиях, когда из-за повышенного расхода газа для обеспечения теплофикации существенно падает давление газа в городской сети. В этом случае энергия пара, расходуемая для получения тепла посредством образования пара в теплофикационной системе, получает лишь промежуточное преобразование в пар высокого давления, необходимый для работы дополнительного эжектора, так что никаких дополнительных потерь энергии не происходит.

На чертеже представлена система топливоподачи газотурбинной установки.

Система топливоподачи содержит соединенные между собой топливные форсунки 1 камеры сгорания 2, регулятор подачи топлива 3, конденсатор-охладитель 4, эжектор 5, дополнительный конденсатор-охладитель 6 и дополнительный эжектор 7, подсоединенный своим пассивным соплом 8 к газовой питающей магистрали 9. Активное сопло 10 эжектора 5 и активное сопло 11 дополнительного эжектора 7 параллельно подсоединены к высоконапорной паровой магистрали 12. У конденсатора-охладителя 4, имеющего газовый 13 и водяной 14 выходы, водяной выход 14 через дозатор подачи воды 15 также соединен с форсунками подачи воды 16 камеры сгорания 2 и со входом в паровой котел 17. У дополнительного конденсатора-охладителя 6, имеющего газовый 18 и водяной 19 выходы, водяной выход 19 соединен со входом в паровой котел 17. На входе в паровой котел 17 установлен блок водоочистки 20.

Система работает следующим образом. Газ из магистрали 9 под низким давлением поступает в пассивное сопло 8 дополнительного эжектора 7, где, смешиваясь с водяным паром, подаваемым в активное сопло 11 из высоконапорной паровой магистрали 12, повышает свое давление на выходе. Эта парогазовая смесь поступает в дополнительный конденсатор-охладитель 6, где разделяется на газовую и водяную составляющую. Водяная составляющая через выход 19 и блок водоочистки 20 поступает на вход в паровой котел 17. Газ же через выход 18 поступает на вход эжектора 5, где, смешиваясь с водяным паром, подаваемым в активное сопло 10 из высоконапорной паровой магистрали 12, повышает свое давление на выходе. Эта парогазовая смесь поступает в конденсатор-охладитель 4, где разделяется на газовую и водяную составляющие. Водяная составляющая через выход 14 поступает в дозатор подачи воды 15, где часть ее проходит на форсунки подачи воды 16, а большая часть через блок водоочистки 20 - на вход в паровой котел 17. Газ же через выход 13 поступает на регулятор подачи топлива 3 и далее на топливные форсунки 1 камеры сгорания 2. Регулятор подачи топлива 3 и дозатор подачи воды 15 поддерживают в камере сгорания 2 требуемый режим, обеспечивающий надежную работу газотурбинной установки как с точки зрения получения удельных заданных параметров, так и с точки зрения экологии.

Система топливоподачи относится к газотурбинным установкам, работающим на природном газе. Система топливоподачи газотурбинной установки содержит камеру сгорания, соединенную через газовый эжектор с газовой магистралью. Активное сопло эжектора подключено к высоконапорной паровой магистрали. Выход эжектора соединен с конденсатором-охладителем, имеющим газовые и водные выходы, последний из которых через дозатор расхода воды соединен с камерой сгорания. Система топливоподачи также снабжена дополнительными, установленными перед эжектором последовательно по меньшей мере одним эжектором и одним конденсатором-охладителем. Активное сопло дополнительного эжектора подключено к высоконапорной паровой магистрали. Газовый выход дополнительного конденсатора-охладителя соединен с входом эжектора, расположенного за ним. Такое выполнение системы топливоподачи обеспечивает минимальные потери энергии и требует минимальных капитальных затрат. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Система топливоподачи газотурбинной установки, содержащая камеру сгорания, соединенную через эжектор с газовой магистралью, отличающаяся тем, что активное сопло эжектора подключено к высоконапорной паровой магистрали, а выход эжектора соединен с конденсатором-охладителем, имеющим газовый и водный выходы, причем водный выход конденсатора-охладителя через дозатор расхода воды также соединен с камерой сгорания. 2. Система по п.1, отличающаяся тем, что перед эжектором она снабжена дополнительными установленными последовательно по меньшей мере одним эжектором и одним конденсатором-охладителем, причем активное сопло дополнительного эжектора подключено к высоконапорной паровой магистрали, а газовый выход дополнительного конденсатора-охладителя соединен с входом эжектора, расположенного за ним.