Энергетическая установка Советский патент 1992 года по МПК F02C3/30 F01K21/04 

8 ,5

Ч

Использование: уменьшение вредных выбросов при одновременном снижении расхода воды. Сущность изобретения: соединение зоны 14 горения камеры 5 сгорания газотурбинного двигателя 1 с основным компрессором 2 через дополнительный компрессор 3 и теплообменник 6. причем последний гидравлической магистралью 12 соединен также с топливонодогревателем 7. 1 ил.

S

01

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано при создании энергетических установок высоких параметров.

Известна парогазотурбинная установка, содержащая газотурбинный двигатель с камерой сгорания, зона горения которой соединена с расширителем, где получается пар из воды, нагретой в экономайзере, располагаемом на выходе из турбины.

Недостатками известной конструкции являются большие выделения вредных выбросов NQx, СО, СхНу в атмосферу и большой расход воды при использовании ее для расхолаживания газа в зоне горения. Большое количество вредных выбросов NOx, CO и СхНу в известной парогазотурбинной установке определяется как высокой температурой воздуха, подаваемого в зону горения камеры сгорания (NOx), так и низкой температурой жидкого топлива (СО и СХНУ).

Известна также энергетическая установка, содержащая газотурбинный двигатель с компрессором, соединенным с камерой сгорания через теплообменник- утилизатор отходящего газа из турбины и контактный теплообменник, хладагентом в котором является вода.

Недостатками известной энергетической установки являются значительное усложнение конструкции из-за пропускания всего циклового воздуха через теплообменники, большой расход воды при использовании ее для расхолаживания газа в зоне горения и большое количество вредных выбросов в атмосферу. Большое количество вредных выбросов СО и СХНУ в известной энергетической установке определяется низкой темпеоатурой жидкого топлива.

Цель изобретения - уменьшение вредных выбросов NOX путем снижения температуры газа в зоне горения камеры сгорания и СО и СХНУ, путем нагрева топлива перед подачей его в камеру сгорания при одновременном снижении расхода воды.

Поставленная цель достигается тем, что энергетическая установка, содержащая основной компрессор, контактный теплообменник, камеру сгорания с зонами горения и смешения и подключенные к ней топливную и паровоздушную магистрали, турбину и водяной контур, включающий бак-аккумулятор, насос, соединенный по нагреваемой среде с контактным теплообменником, при этом установка снабжена дополнительным компрессором, трубопроводом и топливо- подогревателем, установленным на топливной магистрали и подключенным по охлаждаемой среде к контактному теплообменнику и баку-аккумулятору. Примем дополнительный компрессор подключен к выходу основного компрессора и входу контактного теплообменника, трубопровод - к выходу основного компрессора и зоне смешения камеры сгорания, а паровоздушная магистраль - к зоне горения камеры сгорания.

На чертеже представлена принципиальная схема энергетической установки.

0 Энергетическая установка содержит газотурбинный двигатель 1 с основным компрессором 2, дополнительным компрессором 3, турбиной 4 и камерой 5 сгорания, контактный теплообменники 6 и поверхно5 стный теплообменник-топливоподогрева- тель 7 радиаторного типа. Имеются также магистрали 8-12, топливные форсунки 13, зоны горения 14 и смешения 15 камеры сгорания, насос 16, бак-аккумулятор 17 с ли0 нией 1В подпитки и загрузочное устройство 19. При этом трубопровод 8 подключен к основному компрессрру 2 газотурбинного двигателя 1 и зоне 15 смешения камеры 5 сгорания, а зона 14 горения камеры 5 сгора5 ния соединена с компрессором 2 магистралями 9 и 10 через контактный теплообменник б и дополнительный компрессор 3. Дополнительный компрессор 3 пневматически соединен на входе с выходом компрес0 сора 2 и на выходе с контактным теплообменником б, который связан магистралями И и 12 с баком-аккумулятором 17 через насос 16 с топливоподогреватель 7. Причем топливоподогреватель 7 подключен

5 магистралью 12 к контактному теплообменнику 6 и соединен по топливной стороне с топливными форсунками 13.

При работе энергетической установки атмосферный воздух сжимается в основном

0 компрессоре 2. После этого, часть воздуха в объеме, необходимом для процесса горения топлива в камере 5 сгорания, при коэффициенте избытка воздуха 1.01-1,2 поступает на вход дополнительного компрессора 3, где

5 сжимается до расчетного давления, превышающего давление в.камере 5 сгорания из условия гидравлических потерь в магистралях 9 и 10, теплообменнике 6 и интенсификации работы фронтового устройства зоны

0 14 горения камеры 5 сгорания, например, до 1.7-2.0 МПа. При этом температура воздуха на выходе из дополнительного компрессора 3 поднимается, например, до 750-800 К.-Далее воздух по магистрали 9 поступает в кон5 тактный теплообменник 6, где охлаждается водой, поступающей по магистрали 11. Температура воды на входе в теплообменник 6 может колебаться в широких пределах, например, 300-480 К. Таким образом воздух может выходить из теплообменника 6 с температурой 400-550 К. Здесь же, в теплообменнике 6, воздух увлажняется. После теплообменника 6 холодный и увлажненный воздух по магистрали 10 поступает в зону 14 горения камеры 5 сгорания, где участвует в сжигании топлива, подаваемого в эту зону форсунками 13, после чего горячие газы продуктов сгорания топлива расхолаживаются до расчетной температуры, например 1370 К, воздухом, поступающим в зону 15 смешения камеры 5 сгорания по магистрали 8 из компрессора 2. Газ из зоны 15 смешения камеры 5 сгорания поступает на газовую турбину 4, которая приводит во вращение компрессоры 2 и 3 и загрузочное устройство 19. ТопЛиво к форсунке 13 поступает из топливоподогревателя 7, где нагревается водой, подаваемой по магистрали 12 из теплообменника 6. В теплообменнике 6 воду нагревает воздух из дополнительного компрессора 3. Подачу воды в теплообменник 6 из бака-аккумулятора 17 по тракту 11 осуществляет насос 16. После топливоподогревателя 7 вода сливается в бак-аккумулятор 17, который по линии 18 подпиты- вается водой,

Таким образом, в данной энергетической установке значительно снижена температура сжатого воздуха на входе в зону горения камеры сгорания, например на 270-450 К, что позволяет снизить температуру газа в этой зоне. Снижение температуры газа в зоне горения приводит к существенному уменьшению вредных выбросов NOx, являющихся опасными вещест- вами для здоровья людей и разрушения озонового слоя в атмосфере. Снижение температуры циклового воздуха в зоне горения осуществляется за счет тепла, используемого на создание пара, сбрасываемого в зону горения камеры сгорания, и на нагрев топлива в топливоподогревателе. При этом подача пара в зону горения способствует также уменьшению образования вредных выбросов NOx в этой зоне. Нагрев топлива

в топливоподогревателе и обеспечение работы зоны горения воздухом от дожимающего компрессора позволяют, в сравнении с известной установкой, также интенсифицировать сжигание топлива в зоне горения и, таким образом, обеспечить полно полное сжигание топлива в приемлемых габаритах камеры сгорания с увеличенным коэффициентом избытка воздуха, т.е. в бедной смеси, что уменьшает выбросы СО и СхНу,а также NOx. При этом для уменьшения вредных выбросов NOx требуется, главным образом, охлаждать только часть воздуха для зоны горения, что требует значительно меньший, в сравнении с известным, расход охлаждаемой воды. Обеспечивается также взрывопо- жаробезопасность при нагреве топлива водяным топливоподогревателем, габариты которого значительно меньше газового. Формула изобретения Энергетическая установка, содержащая компрессор, контактный теплообменник камеру сгорания с зонами горения и смешения и подключенные к ней топливную и паровоздушную магистрали, турбину и водяной контур, включающий бак-аккумулятор, насос и соединенный по нагреваемой среде с контактным теплообменником, отличающаяся тем, что, с целью уменьшения вредных выбросов при одновременном снижении расхода воды, установка снабжена дополнительным компрессором, трубопроводом и топливоподогревателем, установленным ыа топливной магистрали и подключенным по охлаждаемой среде к контактному теплообменнику и баку-аккумулятору, причем дополнительный компрессор подключен к выходу основного компрессора и входу контактного теплообменника, трубопровод- к выходу основного компрессора и входу контактного теплообменника, трубопровод- к выходу основного компрессора и зоне смешения камеры сгорания, а паровоздушная магистраль - к зоне горения камеры сгорания.