СМЕСИТЕЛЬНЫЙ ЭЛЕМЕНТ ДЛЯ ГАЗОТУРБИННЫХ УСТАНОВОК С РЕЦИРКУЛЯЦИЕЙ ДЫМОВОГО ГАЗА Российский патент 2016 года по МПК F02C3/34 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Настоящее изобретение относится к области рециркуляции дымового газа в газотурбинных установках, а именно к элементам для смешивания дымового газа с окружающим воздухом выше по потоку от компрессора.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Предлагается увеличивать концентрацию диоксида углерода в выхлопных газах газотурбинной установки посредством системы рециркуляции дымового газа (flue-gas recirculation FGR) в сочетании с улавливанием диоксида углерода из продуктов сгорания. В этом отношении делается ссылка на патент WO 2010072710, раскрывающий подобную схему. Рециркуляция дымового газа выгодна для процесса улавливания диоксида углерода, поскольку и увеличивается концентрация диоксида углерода, и снижается общий массовый расход через установку улавливания диоксида углерода. Результатом этих двух фактов является уменьшение размеров оборудования для улавливания диоксида углерода и более эффективный процесс улавливания.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

При использовании рециркуляции дымового газа в газотурбинной установке обогащенный диоксидом углерода дымовой газ должен быть смешан с окружающим воздухом и затем подан на впуск компрессора газотурбинной устновки. Компрессор подает данную содержащую диоксид углерода смесь в камеру сгорания и во вторичные системы охлаждения газотурбинных установок.

Рециркуляция дымового газа уменьшает общее количество кислорода, подаваемого для процесса горения. Концентрация кислорода, оставшегося после процесса горения, является параметром, ограничивающим количество подвергнутого рециркуляции дымового газа. Если отношение дымового газа, определяемое как отношение подвергнутого рециркуляции дымового газа к массовому расходу выхлопных газов газотурбинной установки, слишком велика, количество кислорода меньше, чем требуется для стехиометрического горения. В этом случае имеет место неполное горение, которое ведет к высоким выбросам монооксида углерода, несгоревших углеводородов (UHC), к нестабильности пламени, наконец, пламя может даже погаснуть. Следовательно, требуется гарантировать хорошее перемешивание во всем рабочем диапазоне. Чтобы избежать потери мощности и эффективности энергоустановки, необходимо гарантировать наименьшее возможное падение давления. Управление отношением подвергнутого рециркуляции дымового газа существенно для достижения безопасного функционирования газотурбинной установки. Отказоустойчивая конструкция смесительного устройства является критически важной с точки зрения обеспечения хорошего качества перемешивания в широком диапазоне отношений дымового газа и параметров нагрузки турбины.

Другими словами, подвергнутый рециркуляции дымовой газ должен быть равномерно перемешан со свежим воздухом выше по потоку от компрессора.

Задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы установить смесительное устройство на впуске газотурбинной установки, при этом данное смесительное устройство может располагаться на впуске, например, выше или ниже по потоку от фильтра и/или шумоглушителя. Смесительное устройство может представлять собой, например, смесительное устройство пальчатого типа, продолжающееся от одной боковой стенки впуска в проток, образованный в нем. Для улучшения перемешивания в трубах смесительного устройства могут применяться пластины и/или направляющие лопатки, установленные на выпуске смесительного устройства или ниже по потоку от выпуска смесительного устройства.

Таким образом, более конкретно, настоящее изобретение относится к всасывающей секции выше по потоку от впуска компрессора газотурбинной установки с рециркуляцией дымового газа, содержащей по меньшей мере одну секцию с протоком, образованным боковыми стенками, в которой поток свежего всасываемого воздуха протекает вдоль главного направления потока воздуха, и содержащей по меньшей мере одну смесительную трубку или палец, продолжающуюся в проток со стороны по меньшей мере одной боковой стенки. Смесительная трубка предпочтительно содержит впуск, расположенный возле указанной по меньшей мере одной боковой стенки для приема подвергнутого рециркуляции дымового газа, а также по меньшей мере одно выпускное отверстие, расположенное на расстоянии от указанной боковой стенки, для продувания подвергнутых рециркуляции дымовых газов из смесительной трубки в поток воздуха, предпочтительно не слишком близко к пристеночной области, напротив, в более центральную область потока.

В соответствии с первым предпочтительным вариантом осуществления такой всасывающей секции смесительная трубка присоединена только к одной боковой стенке (смесительный палец) и свободно продолжается в проток. Предпочтительно в этом случае по меньшей мере одно выпускное отверстие расположено в концевой области смесительной трубки или вблизи нее или отверстия распределены по длине трубки.

По меньшей мере два, три, четыре или по меньшей мере пять смесительных трубок могут быть расположены в ряд предпочтительно смежно друг другу, при этом указанный ряд предпочтительно выровнен по существу вдоль направления потока воздуха, а самый верхний по потоку смесительная трубка образует передний край этого ряда. Предпочтительно все смесительные трубки в таком ряду имеют разную длину своего продолжения в проток, и предпочтительно самая верхняя по потоку смесительная трубка в большей степени продолжается в проток, самая нижняя по потоку смесительная трубка в меньшей степени продолжается в проток, а длина смесительных трубок между ними последовательно уменьшается в зависимости от их положения по потоку, при этом также является предпочтительным, чтобы длина трубки в ряду уменьшалась равномерно. В случае наличия такого ряда, но также и в случае наличия индивидуальных смесительных трубок, в направлении, перпендикулярном направлению потока воздуха по меньшей мере два, или по меньшей мере три, или по меньшей мере четыре ряда/смесительных трубки могут быть расположены в протоке на расстоянии друг от друга предпочтительно на одинаковом расстоянии друг от друга. В качестве альтернативы или в качестве дополнения, в направлении потока воздуха по меньшей мере два или по меньшей мере три ряда/смесительных трубки могут быть расположены в протоке на расстоянии друг от друга.

По меньшей мере одна смесительная трубка или ряд смесительных трубок может продолжаться в проток так, что его ось по существу перпендикулярна направлению потока воздуха в протоке. Однако он также может быть наклонен, и его передний край, например, может иметь изогнутую или криволинейную форму в зависимости, помимо прочего, от аэродинамических параметров в протоке. Предпочтительно, чтобы направление потока воздуха в протоке по существу было параллельным боковым стенкам.

Смесительная трубка может иметь трубчатую конструкцию. В качестве альтернативы, он может содержать или быть образован четырьмя предпочтительно попарно параллельными стенками, образующими трубку.

Выпускное отверстие может открываться в направлении, по существу перпендикулярном направлению потока воздуха, или в направлении, по существу параллельном и сопутствующем направлению потока воздуха (продуваемого от заднего края).

По меньшей мере одно выпускное отверстие может открываться в направлении, по существу перпендикулярном направлению потока воздуха и по существу перпендикулярном оси смесительной трубки (поперечное продувание), при этом предпочтительно два выпускных отверстия предусмотрено для каждой смесительной трубки, продувающих подвергнутый рециркуляции дымовой газ в проток воздуха в противоположных направлениях.

По меньшей мере в одном выпускном отверстии или в области по меньшей мере одного выпускного отверстия может быть расположена по меньшей мере одна закругленная или прямая направляющая лопатка, при этом указанная направляющая лопатка может быть расположена, например, по существу на половине общей высоты выпускного отверстия в направлении вдоль оси смесительной трубки.

По меньшей мере одно выпускное отверстие, в соответствии с еще одним предпочтительным вариантом осуществления, открывается в направлении, по существу перпендикулярном направлению потока воздуха и по существу параллельном оси смесительной трубки, и смесительный элемент, предпочтительно направляющая лопатка, расположен ниже по потоку от выпускного отверстия по отношению к направлению потока дымового газа и расположен предпочтительно по существу перпендикулярно направлению потока дымового газа и параллельно направлению потока воздуха.

В соответствии с еще одним предпочтительным вариантом осуществления изобретения смесительные трубки расположены в области, в которой проток образован четырьмя попарно параллельными боковыми стенками, и в этой области выше и/или ниже по потоку от смесительной трубки или ряда смесительных трубок расположен шумоглушитель и/или фильтр или по существу непосредственно выше и/или ниже по потоку от этой области.

Для достижения идеальных условий протекания и небольшой потери давления в смесительном устройстве смесительная трубка или, в случае ряда смесительных трубок, самая верхняя по потоку смесительная трубка, содержит аэродинамически оптимизированный передний край, например закругленный передний край. Также возможно расположение выше по потоку от отверстий, снаружи смесительных трубок, турбулизаторов для создания инициирования турбулентности выше по потоку немного от местоположения, в котором дымовой газ вводится в поток воздуха, для дополнительного увеличения качества перемешивания.

В соответствии с одним особенно предпочтительным вариантом осуществления изобретения предлагается по существу треугольный ряд смесительных трубок, демонстрирующий превосходное качество смешивания. В соответствии с этим вариантом осуществления по меньшей мере два, или по меньшей мере три, или по меньшей мере четыре, или по меньшей мере пять смесительных трубок расположены в ряд смежно друг другу, при этом указанный ряд выровнен по существу вдоль направления потока воздуха, самая верхняя по потоку смесительная трубка образует передний (предпочтительно закругленный) край ряда; при этом все смесительные трубки имеют разную длину своего продолжения в проток и самая верхняя по потоку смесительная трубка в большей степень продолжается в проток, самая нижняя по потоку смесительная трубка в меньшей степени продолжается в проток, а длина смесительных трубок между ними последовательно и предпочтительно равномерно уменьшается в зависимости от их положения по потоку, при этом задний край ряда образован наклонной стенкой заднего края, и на каждой боковой стороне ряда треугольные выпускные отверстия открываются в направлении, по существу перпендикулярном направлению потока воздуха и по существу перпендикулярном оси смесительной трубки. Одна сторона этих треугольных отверстий предпочтительно образована наклонной стенкой заднего края.

Кроме того, настоящее изобретение относится к газотурбинной установке, предпочтительно газотурбинной установке комбинированного цикла с всасывающим патрубком, описанным выше.

В еще одном варианте своего осуществления изобретение относится к установке с рециркуляцией дымового газа в сочетании с улавливанием диоксида углерода из продуктов сгорания. Кроме того, настоящее изобретение относится к способу рециркуляции дымового газа на впуск газотурбинной установки предпочтительно комбинированного цикла, при этом всасывающий патрубок, описанный выше, используется для смешивания свежего окружающего воздуха с подвергнутым рециркуляции дымовым газом. В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления такого способа элементы управления расходом, управляемые на основании измерения массового расхода в магистрали рециркуляции и/или на основании измерения состава смешанного всасываемого воздуха выше по потоку от компрессора и/или на основании измерения полноты сгорания, обеспеченной в смесительных трубках или выше по потоку от смесительных трубок, используются для управления массовым расходом подвергнутого рециркуляции дымового газа.

Дополнительные варианты осуществления изобретения изложены в зависимых пунктах формулы изобретения.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Далее предпочтительные варианты осуществления изобретения описаны со ссылкой на чертежи, предназначенные для пояснения данных предпочтительных вариантов осуществления изобретения, а не для его ограничения.

На чертежах

на фиг. 1 показана схема комбинированного цикла с рециркуляцией дымового газа;

на фиг. 2 а) представлен общий вид корпуса впуска с тремя смесительными пальцами, каждый с тремя трубками; b) представлен вид сбоку ряда смесительных пальцев с вводом дымового газа в аксиальном направлении относительно оси пальцев; с) представлен вид сбоку ряда смесительных пальцев с вводом дымового газа в направлении, параллельном потоку воздуха;

на фиг. 3 показан смесительный палец с отбойными пластинами и вводом дымового газа в аксиальном направлении относительно оси пальца, при этом а) представляет собой общий вид, b) - вид противоположный направлению потока воздуха, с) - вид сбоку варианта осуществления с прямой передним краем, d) - вид сбоку варианта осуществления с изогнутым передним краем, е) - вид сбоку на горизонтальную секцию корпуса впуска с двумя последовательными рядами смесительных пальцев и соответствующими элементами ввода дымового газа и f) - вид сверху на горизонтальную секцию, соответствующую е);

на фиг. 4 показан вариант осуществления изобретения с 16 смесительными пальчатыми трубками, которые сгруппированы в четыре ряда по четыре трубки, расположенные на одной линии, при этом смесительные пальцы расположены ниже по потоку от шумоглушителя, при этом а) представляет собой общий вид, b) - вид сбоку, с) - вид, противоположный направлению потока воздуха, d) - вид сверху;

на фиг. 5 показаны: а) горизонтальная и изогнутая секции для варианта осуществления с закругленными направляющими лопатками, b) детализированный вид, противоположный направлению потока воздуха, с) общий вид, противоположный направлению потока воздуха для этого варианта осуществления, d) вид сбоку, е) вид сверху;

на фиг. 6 показан вариант осуществления изобретения с прямыми направляющими лопатками, при этом а) представляет собой общий вид, b) - вид сбоку, с) - вид, противоположный направлению потока воздуха; и

на фиг. 7 показан вариант осуществления изобретения с треугольными группами пальчатых трубок, при этом а) представляет собой общий вид, b) - вид сбоку, с) - вид сбоку, на котором показаны потоки воздуха, d) - вид, противоположный направлению потока воздуха и е) вид сверху.

ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

На фиг. 1 показана общая схема энергоустановки комбинированного цикла с рециркуляцией дымового газа. В компрессоре 1 всасываемый воздух сжимают и подают в первую камеру 4 сгорания, в которую подают топливо 3, образующийся дымовой воздух проходит в турбину 5 высокого давления, ниже по потоку от которой расположена вторая камера 6 сгорания, ниже по потоку от которой в турбине 7 низкого давления выхлопной газ расширяется насколько возможно. Ниже по потоку от турбины 7 низкого давления расположен теплоутилизационный парогенератор 8, посредством которого, используя тепло выхлопного газа, получают пар, приводящий в действие паровые турбины. Пар расширяется на первом этапе в паровой турбине 9 высокого давления, за которой следует паровая турбина 10 промежуточного давления, а после нее паровая турбина 11 низкого давления, при этом обычно предусматриваются средства обвода паровой турбины 11 низкого давления. Ниже по потоку от паровой турбины 11 низкого давления в конденсаторе 12 пар конденсируется в воду, которую затем подают насосом 13 в теплоутилизационный парогенератор 8, где она, в противотоке с потоком выхлопного газа, снова превращается в пар. Обычный паровой цикл это по существу замкнутый цикл.

Ниже по потоку от теплоутилизационного парогенератора 8 выхлопной газ, уже в некоторой степени охлажденный, обычно проходит через отклоняющее устройство 17, посредством которого, в зависимости от режима работы, часть выхлопного газа или весь газ может быть направлен в вытяжную трубу 14 или в находящуюся ниже по потоку систему рециркуляции дымового газа и/или систему улавливания углерода.

Часть, направляемая в систему рециркуляции дымового газа, сначала обычно проходит в охладитель 21а непосредственного контакта, ниже по потоку от которого предусмотрено отклоняющее устройство 17, посредством которого, точно так же в зависимости от режима работы и конкретных параметров, измеряемых в данной установке, часть выхлопного газа подают в установку улавливания углерода, а другую часть подвергают рециркуляции в действующий трубопровод рециркуляции дымового газа, который обычно также содержит по меньшей мере один вентилятор 15, а также устройство 16 измерения массового расхода с целью управления, по описанным выше причинам, количеством подвергнутого рециркуляции дымового газа, чтобы поддерживать условия горения в оптимальном диапазоне. Для рециркуляции дымового газа выхлопной газ смешивают с окружающим воздухом в смесительном устройстве 20, которое обычно расположено выше по потоку от корпуса впуска, который по существу расположен смежно и выше по потоку от впуска компрессора 1. В данном примере охладитель 21а непосредственного контакта содержит распылитель воды, которая впрыскивается в дымовой газ. Капли воды собирают и снова охлаждают перед повторным впрыскиванием.

Часть выхлопного газа, не подвергнутую рециркуляции и не используемую непосредственно в системе 18 рециркуляции дымового газа, вводят в систему 19 улавливания углерода, если необходимо, посредством вентилятора 15, где, в устройстве 19а абсорбции диоксида углерода, диоксид углерода извлекают из газа и выводят из системы, а оставшийся газ подают в вытяжную трубу 14.

Настоящее изобретение относится к конкретному устройству для смешивания подвергнутого рециркуляции дымового газа со свеженабранным окружающим воздухом 21, и его идея состоит в расположении соответствующего смесительного устройства на участке всасывания или всасывающем патрубке 2 выше по потоку от впуска компрессора.

Соответствующее устройство показано на фиг. 2а на общем виде. Такой всасывающий патрубок 2 обычно содержит широкую воздухозаборную секцию 25, в которую протекает поток 27 окружающего воздуха. Ниже по потоку от широкой воздухозаборной секции 25 или внутри этой широкой воздухозаборной секции 25 поперечное сечение потока обычно уменьшается, после чего идет обычно горизонтальная секция 22 с постоянным поперечным сечением потока. Ниже по потоку от секции 22 обычно предусмотрена изогнутая секция 24, отклоняющая поток воздуха в вертикальном направлении в вертикальную секцию 23 корпуса впуска, чтобы поток воздуха 26 мог войти во впуск компрессора 1, в котором он может быть сжат.

В соответствии с настоящим изобретением смесительные трубки 32 расположены в секции 22, они имеют форму множества пальчатых элементов, выступающих со стороны одной из боковых стенок секции 22 в проток 31, обычно в направлении, по существу перпендикулярном направлению 33 потока воздуха в секции 22. Смесительные трубки 32 установлены на одной из боковых стенок (или на нескольких боковых стенках), в месте их прикрепления к боковым стенкам предусмотрен впуск 34 для поступления подвергнутого рециркуляции дымового газа 41.

На фиг. 2b изображен первый вариант осуществления таких смесительных трубок. В данном случае это ряд из трех смесительных трубок 32 в виде трубчатых элементов с прямоугольным или квадратным поперечным сечением, расположенных смежно друг другу. Одна из трех смесительных трубок 32 расположена наиболее высоко по потоку, она самая длинная и, следовательно, в основном проникает в проток 31, она также образует передний край 35 ряда, так как следующие смесительные трубки расположены ниже по потоку от нее. В ряду длина смесительных трубок равномерно уменьшается, так что смесительная трубка, расположенная наиболее низко по потоку, является самой короткой, в меньшей степени проникает в проток 31 и по существу образует задний край 36 ряда смесительных трубок. Подобным образом ряд смесительных трубок обеспечивает наличие структуры, которая, поскольку на конце каждой смесительной трубки содержится отверстие 37, через которое продувается, как показано стрелками 39, дымовой газ, поступающий через впуски 34, и введение подвергнутого рециркуляции дымового газа распределенным образом по поперечному сечению 33 потока воздуха.

Альтернативный вариант показан на фиг. 2с. В отличие от варианта осуществления, соответствующего фиг. 2b, где по существу трубчатые смесительные трубки 32 не снабжены нижней стенкой и, тем самым, имеют отверстия 37, в данном случае трубчатые элементы 32 закрыты снизу, но на конце соответствующей задней стороны каждой смесительной трубки содержится выпускное отверстие 37, через которое дымовой газ выходит из смесительных трубок по существу в направлении, параллельном направлению потока 33 воздуха.

На фиг. 3 показан еще один вариант осуществления смесительной трубки 32. В этом случае не предусмотрен ряд смесительных трубок, но предусмотрена одна смесительная трубка с несколькими продувочными отверстиями 36, распределенными по длине смесительной трубки. Смесительная трубка имеет ступенчатую конструкцию, и на каждой ступени предусмотрен выпуск 37, через который дымовой газ продувается в поток воздуха в направлении, аналогичном направлению, показанному на фиг. 2b. В данном случае поток 39 дымового газа непосредственно ниже по потоку от соответствующего отверстия 37 сталкивается с отбойной пластиной 38, расположенной по существу перпендикулярно направлению потока 39 дымового газа и в направлении, параллельном потоку окружающего 33 воздуха, продуваемого по протоку 31. Эти отбойные пластины 38 установлены на боковых стенках заднего края смесительных трубок 32. В данном случае отбойные пластины 38 с обеих сторон выступают за боковые стенки смесительной трубки, однако также возможно, чтобы отбойные пластины 38 не выступали за боковые стенки.

Вообще говоря, смесительные трубки 32, будь то трубки, расположенные в ряд, как показано на фиг. 2, или имеющие несколько отверстий, распределенных вдоль их длины, как показано на фиг. 3, могут быть изготовлены из металлических листовых элементов. Они также могут быть изготовлены из трубчатых элементов. Чтобы обеспечить по возможности наименьшее сопротивление потоку 33 воздуха у переднего края 35, как показано на фиг. 3, этот передний край 35 предпочтительно закруглен или может представлять собой острый передний край. Предпочтительно следует избегать применения плоского переднего края с поверхностью, по существу перпендикулярной направлению 33.

Обычно передний край 35 прямой в направлении, параллельном оси трубки, как показано на фиг. 3с. Однако возможно, в зависимости от условий потока в протоке 31, чтобы передний край имел определенную форму, как, например, показано на фиг. 3d. Смесительные трубки, расположенные рядами, могут быть, как показано на фиг. 2а, расположены последовательно на расстоянии друг от друга в направлении, перпендикулярном направлению 33 потока. Как показано на фиг. 3е, также возможно, чтобы несколько смесительных трубок или рядов смесительных трубок было расположено друг за другом в направлении 33 для наличия выше по потоку смесительной трубки 32 или ряда смесительных трубок 32 и ниже по потоку смесительной трубки 32 или ряда смесительных трубок 32. В каждую из этих смесительных трубок подвергнутый рециркуляции дымовой газ может быть подан по индивидуальной трубке 45 и 46, как показано на фиг. 3е, или с использованием одной и той же трубки, соединенной с обоими рядами. В варианте осуществления изобретения, соответствующем фиг. 3е и 3f по существу расположение смесительных трубок таково, что две верхних по потоку смесительных трубки 32 расположены с поперечным смещением относительно друг друга на большое расстояние и расположены в протоке вблизи боковых стенок секции 22, дымовой газ в них поступает по трубке 45. Ниже по потоку от этой пары смесительных трубок предусмотрена вторая группа смесительных трубок 32, также смещенных в направлении, перпендикулярном направлению 33 потока воздуха, но ближе друг к другу, так что они по существу заполняют промежуток между двумя верхними по потоку смесительными трубками.

Еще один вариант осуществления изобретения показан на фиг. 4. Можно видеть, что ниже по потоку от широкой воздухозаборной секции 25 сначала расположен шумоглушитель 40. Дополнительно к шумоглушителю или вместо него в этом положении может быть предусмотрен фильтр, фильтр также может быть расположен в секции 25.

Ниже по потоку от шумоглушителя 40 в секции 22 содержатся четыре смещенных в стороны ряда смесительных трубок 32, при этом каждый ряд в этом случае состоит из четырех смесительных трубок, длина которых равномерно уменьшается в направлении по потоку. В данном случае на каждой смесительной трубке, в его конце, содержится нижняя стенка и обе боковые стороны снабжены боковыми отверстиями 37, через которые дымовой газ 41, как показано на фиг. 4b, проходящий через трубчатую часть каждой смесительной трубки, затем продувается в направлении, перпендикулярном направлению 33 потока по существу горизонтально, как показано на фиг. 4с. Соответственно, дымовой газ, подаваемый в поток 33 воздуха, хорошо распределяется по его поперечному сечению и в вертикальном направлении, как показано на фиг. 4с, и в горизонтальном направлении, как показано на фиг. 4d, кроме того, смешивающее введение также имеет место на некоторой длине протока, что также можно видеть на фиг. 4d.

Еще один вариант осуществления изобретения показан на фиг. 5а. По существу, в этом варианте осуществления содержится такая же структура из шестнадцати смесительных трубок, расположенных четырьмя смещенными в стороны группами из четырех смесительных трубок каждая, как на фиг. 4. Однако в данном случае боковые отверстия 37, находящиеся на каждой стороне каждой смесительной трубки в конечной его части высотой h, как показано на фиг. 4b, снабжены закругленными направляющими лопатками 42, функция которых лучше всего поясняется фиг. 5b. Благодаря этим закругленным направляющим лопаткам гарантируется, что дымовой газ 41, проходящий внутри смесительной трубки 32 в области боковых отверстий 37, выходит через эти отверстия хорошо распределенным не только в нижней области с высокой скоростью и высоким давлением, но также и в верхней области. Результатом этого является меньшая потеря давления в смесительном устройстве и более гомогенное распределение и перемешивание.

На фиг. 6 показан похожий вариант осуществления, однако в этом случае направляющие лопатки не закруглены, а снабжены прямыми пластинами, расположенными по существу перпендикулярно главной оси соответствующих смесительных трубок.

Обычно лопатки расположены, фактически, в отверстии 37 или в непосредственной близости от него. Как показано на фиг. 5b, высоту лопатки предпочтительно выбирают так, чтобы она составляла по существу половину общей высоты h отверстия 37. Ширина соответствующей лопатки предпочтительно составляет около одной четверти общей поперечной ширины смесительной трубки, так что половина потока 41 воздуха, если можно так выразиться, захватывается направляющими лопатками, а другая половина может проходить между ними и выходить через часть отверстия 37, расположенную под лопаткой 42/43.

Последний вариант осуществления показан на фиг. 7. В этом случае 20 смесительных трубок расположены четырьмя группами треугольной формы из пяти смесительных трубок каждая. Задний край такой треугольной группы образован наклонной стенкой 44 заднего края. Благодаря этой стенке заднего края, которая по существу прикреплена к структуре, подобной показанной на фиг. 2b, отверстия 37 имеют треугольную форму, что лучше видно на фиг. 7b и 7с. В данном случае эти треугольные боковые отверстия обеспечивают более равномерное распределение продуваемого дымового газа, как видно на фиг. 7b и 7с, длина треугольного ряда смесительных трубок такова, что он полностью перекрывает поток в секции 22, и становится возможным прикрепить смесительный элемент к противоположным стенкам этой секции и, тем самым, сделать всю конструкцию более устойчивой.

СПИСОК ССЫЛОЧНЫХ ПОЗИЦИЙ

1 - Компрессор

2 - Всасывающая секция, всасывающий патрубок

3 - Подача топлива

4 - Первая камера сгорания

5 - Турбина высокого давления

6 - Вторая камера сгорания

7 - Турбина низкого давления

8 - Теплоутилизационный парогенератор

9 - Паровая турбина высокого давления

10 - Паровая турбина промежуточного давления

11 - Паровая турбина низкого давления

12 - Конденсатор

13 - Насос

14 - Вытяжная труба

15 - Вентилятор

16 - Устройство измерения массового расхода

17 - Отклоняющее устройство/демпфер

18 - Система рециркуляции дымовых газов (FGR)

19 - Система улавливания углерода

19а - Устройство абсорбции диоксида углерода

20 - Смесительное устройство

21 - Окружающий воздух

21а - Охладитель непосредственного контакта

22 - Горизонтальная секция патрубка 2

23 - Вертикальная секция патрубка 2

24 - Изогнутая секция патрубка 2

25 - Широкая воздухозаборная секция патрубка 2

26 - Поток воздуха на входе в компрессор

27 - Поток окружающего воздуха

28 - Боковые стенки секции 22

29 - Нижняя стенка секции 22

30 - Верхняя стенка секции 22

31 - Проток в секции 22

32 - Смесительная трубка/смесительный палец

33 - Направление потока воздуха в секции 22

34 - Впуск трубки 32 для рециркуляции дымового газа

35 - Передний край трубки 32

36 - Задний край трубки 32

37 - Выпуски трубки 32

38 - Отбойные пластины

39 - Поток дымового газа

40 - Шумоглушитель

41 - Поток дымового газа в 34 и 32

42 - Закругленные направляющие лопатки

43 - Прямые направляющие лопатки

44 - Наклонная стенка заднего края

45 - Трубка для подачи дымового газа в верхний по потоку ряд

46 - Трубка для подачи дымового газа в нижний по потоку ряд

h - Высота выпускного отверстия 37

Изобретение относится к области рециркуляции дымового газа в газотурбинных установках, а именно к элементам для смешивания дымового газа с окружающим воздухом выше по потоку от компрессора. Всасывающая секция (2) выше по потоку от впуска компрессора (1) газотурбинной установки (1-7) с рециркуляцией дымового газа содержит по меньшей мере одну секцию (22) с протоком (31), образованным боковыми стенками (28-30), в котором поток свежего всасываемого воздуха протекает вдоль главного направления (33) потока воздуха. Секция содержит по меньшей мере две смесительные трубки (32), продолжающиеся в проток (31) от по меньшей мере одной боковой стенки (28-30). Каждая смесительная трубка (32) содержит впуск (34) на указанной по меньшей мере одной боковой стенке (28-30) для приема подвергнутого рециркуляции дымового газа (41), а также содержит по меньшей мере одно выпускное отверстие (37), расположенное на расстоянии от указанной боковой стенки (28-30), для продувания подвергнутых рециркуляции дымовых газов (41) из смесительной трубки (32) в поток воздуха. По меньшей мере две смесительных трубки (32) расположены в ряд, причем указанный ряд выровнен по существу вдоль направления (33) потока воздуха, а самая верхняя по потоку смесительная трубка (32) образует передний край этого ряда. Достигается равномерность перемешивания и повышается отказоустойчивость устройства. 3 н. и 21 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Всасывающая секция (2) выше по потоку от впуска компрессора (1) газотурбинной установки (1-7) с рециркуляцией дымового газа, содержащая по меньшей мере одну секцию (22) с протоком (31), образованным боковыми стенками (28-30), в котором поток свежего всасываемого воздуха протекает вдоль главного направления (33) потока воздуха, и содержащая по меньшей мере две смесительные трубки (32), продолжающиеся в проток (31) от по меньшей мере одной боковой стенки (28-30), при этом каждая смесительная трубка (32) содержит впуск (34) на указанной по меньшей мере одной боковой стенке (28-30) для приема подвергнутого рециркуляции дымового газа (41), а также содержит по меньшей мере одно выпускное отверстие (37), расположенное на расстоянии от указанной боковой стенки (28-30), для продувания подвергнутых рециркуляции дымовых газов (41) из смесительной трубки (32) в поток воздуха, при этом по меньшей мере две смесительных трубки (32) расположены в ряд, причем указанный ряд выровнен по существу вдоль направления (33) потока воздуха, а самая верхняя по потоку смесительная трубка (32) образует передний край этого ряда.

2. Всасывающая секция (2) по п. 1, в которой смесительные трубки (32) имеют разную длину продолжения в проток (31).

3. Всасывающая секция (2) по п. 1, в которой самая верхняя по потоку смесительная трубка (32) продолжается в большей степени в проток (31), самая нижняя по потоку смесительная трубка (32) продолжается в меньшей степени в проток (31), а длина смесительных трубок (32) между ними последовательно уменьшается в зависимости от их положения ниже по потоку.

4. Всасывающая секция (2) по п. 2, в которой длина уменьшается равномерно в ряду.

5. Всасывающая секция (2) по п. 1, в которой по меньшей мере три смесительных трубки (32) расположены в ряд.

6. Всасывающая секция (2) по п. 1, в которой каждая смесительная трубка (32) прикреплена только к одной боковой стенке (22) и свободно продолжается в проток (31), а по меньшей мере одно выпускное отверстие (37) расположено в концевой области смесительной трубки (32).

7. Всасывающая секция (2) по п. 1, в которой в направлении, перпендикулярном направлению (33) потока воздуха, по меньшей мере два, или по меньшей мере три, или по меньшей мере четыре ряда расположены на расстоянии друг от друга в протоке и/или вдоль направления (33) потока воздуха по меньшей мере два или по меньшей мере три ряда расположены на расстоянии друг от друга в протоке.

8. Всасывающая секция (2) по п. 1, в которой ряд смесительных трубок продолжается в проток (31) так, что ось каждой смесительной трубки по существу перпендикулярна направлению (33) потока воздуха в протоке (31).

9. Всасывающая секция (2) по п. 1, в которой направление (33) потока воздуха в протоке по существу параллельно боковым стенкам (28-30).

10. Всасывающая секция (2) по п. 1, в которой каждая смесительная трубка (32) содержит четыре параллельные стенки, образующие трубку, при этом выпускное отверстие (37) открывается в направлении, по существу перпендикулярном направлению (33) потока воздуха, или в направлении, по существу параллельном и совпадающим с направлением (33) потока воздуха.

11. Всасывающая секция (2) по п. 1, в которой по меньшей мере одно выпускное отверстие (37) открывается в направлении, по существу перпендикулярном направлению (33) потока воздуха и по существу перпендикулярном оси соответствующей смесительной трубки (32).

12. Всасывающая секция (2) по п. 1, в которой два выпускных отверстия предусмотрены для каждой смесительной трубки (32), продувающей подвергнутый рециркуляции дымовой газ в противоположных направлениях в поток воздуха в протоке (31).

13. Всасывающая секция (2) по п. 11, в которой по меньшей мере в одном выпускном отверстии (37) или в области по меньшей мере одного выпускного отверстия (37) расположена по меньшей мере одна закругленная или прямая направляющая лопатка (42, 43).

14. Всасывающая секция (2) по п. 13, в которой направляющая лопатка (42, 43) расположена по существу на половине общей высоты (h) выпускного отверстия (37) в направлении вдоль оси соответствующей смесительной трубки (32).

15. Всасывающая секция (2) по п. 1, в которой по меньшей мере одно выпускное отверстие (37) открывается в направлении, по существу перпендикулярном направлению (33) потока воздуха и по существу параллельном оси соответствующей смесительной трубки (32), при этом смесительный элемент расположен ниже по потоку от выпускного отверстия (37) относительно направления потока дымового газа.

16. Всасывающая секция (2) по п. 15, в которой смесительный элемент расположен по существу перпендикулярно направлению потока дымового газа и параллельно направлению (33) потока воздуха.

17. Всасывающая секция (2) по п. 1, в которой смесительные трубки (32) расположены в области (22), в которой проток (31) образован четырьмя попарно параллельными боковыми стенками (28-30), при этом выше и/или ниже по потоку от ряда смесительных трубок (32) глушитель и/или фильтр расположен в указанной области (22) или по существу непосредственно выше и/или ниже по потоку от указанной области (22).

18. Всасывающая секция (2) по п. 1, в которой самая верхняя по потоку смесительная трубка (32) содержит закругленный передний край.

19. Всасывающая секция (2) по п. 1, в которой по меньшей мере две, или по меньшей мере три, или по меньшей мере четыре, или по меньшей мере пять смесительных трубок (32) расположены в ряд, смежно друг другу, при этом указанный ряд выровнен по существу вдоль направления (33) потока воздуха, самая верхняя по потоку смесительная трубка (32) образует передний край ряда, причем все смесительные трубки (32) имеют разную длину своего продолжения в проток (31) и самая верхняя по потоку смесительная трубка (32) продолжается в большей степени в проток (31), самая нижняя по потоку смесительная трубка (32) продолжается в меньшей степени в проток (31), а длина смесительных трубок (32) между ними последовательно и равномерно уменьшается в зависимости от их положения ниже по потоку, при этом задний край ряда образован наклонной стенкой (44) заднего края и на каждой боковой стороне ряда треугольные выпускные отверстия (37) открываются в направлении, по существу перпендикулярном направлению (33) потока воздуха и по существу перпендикулярном оси соответствующей смесительной трубки (32).

20. Газотурбинная установка с рециркуляцией дымового газа и с всасывающей секцией по любому из пп. 1-19.

21. Газотурбинная установка по п. 20, представляющая собой газотурбинную установку комбинированного цикла.

22. Газотурбинная установка по п. 20, представляющая собой газотурбинную установку с улавливанием диоксида углерода.

23. Способ рециркуляции дымового газа во всасывающую секцию газотурбинной установки, в которой всасывающую секцию по любому из пп. 1-19 используют для смешивания свежего окружающего воздуха с подвергнутым рециркуляции дымовым газом.

24. Способ по п. 23, в котором элементы управления расходом, управляемые на основании измерения массового расхода в магистрали рециркуляции и/или на основании измерения состава смешанного всасываемого воздуха выше по потоку от компрессора и/или на основании измерения полноты сгорания, обеспеченной в смесительных трубках (32) или выше по потоку от смесительных трубок, используются для управления массовым расходом подвергнутого рециркуляции дымового газа.