Газотурбинная установка

 

Газотурбинная установка предназначена для автономного теплоэнергоснабжения предприятий с потреблением тепловой и электрической энергии порядка нескольких мегаватт.

При создании полезной модели решалась задача упрощения конструкции за счет исключения образования жидкого шлака в камере сгорания и на лопатках рабочей турбины газотурбинной установки.

Поставленная задача решается тем, что в газотурбинной установке, содержащей компрессор, камеру сгорания, рабочую турбину, а также генератор горючих газов, снабженный окном выхода горючих газов, генератор горючих газов соединен окном выхода горючих газов с всасывающим патрубком турбокомпрессора газотурбинной установки.

Газотурбинная установка предназначена для выработки энергии.

Известны газотурбинные двигатели (ГТД, см., например, БСЭ). Наибольшее распространение получили ГТД с непрерывным сгоранием топлива при постоянном давлении. В таком ГТД сжатый атмосферный воздух из компрессора поступает в камеру сгорания, туда же подается топливо, которое сгорая, нагревает воздух; затем в газовой турбине энергия газообразных продуктов сгорания преобразуется в механическую работу.

Компрессор состоит из ротора, укрепленного на одной оси с турбиной, неподвижного управляющего аппарата и нескольких ступеней лопаток. При работе турбины ротор компрессора вращается. Лопатки ротора имеют такую форму, что при их вращении давление перед компрессором понижается, а за компрессором - на входе в камеру сгорания - повышается. Воздух засасывается в компрессор, несколько ступеней лопаток, которого повышают давление воздуха в 5-7 раз. Процесс сжатия протекает адиабатно, поэтому температура воздуха на входе в камеру сгорания повышается на 200°С и более. Далее, сжатый воздух поступает в камеру сгорания. Одновременно через форсунку в нее, например, впрыскивается под большим давлением жидкое топливо. При горении топлива воздух, служащий рабочим телом, нагревается до 1500-2200°С. Воздух и продукты сгорания расширяются и с огромной скоростью поступают в турбину. Лопатки турбины выполнены под углом к оси ротора. Двигаясь по лопаткам ступеней турбины вдоль оси ротора, продукты сгорания вращают их. При этом, потенциальная энергия газов или пара преобразуется в кинетическая энергию потока. Таким образом, тепловая энергия преобразуется в механическую энергию вращения ротора. Часть полученной энергии расходуется на вращение компрессора, а остальная часть используется, например, как привод электрогенератора.

ГТД могут работать на твердом (угольная пыль) и жидком топливе, газообразном топливе, в том числе, газогенераторных газах.

Недостатком ГТД при работе на высокозольном органическом (древесина, торф) твердом топливе является образование большого количества шлака, который требует частого обслуживания и уменьшает срок службы таких установок. Шлак образуется в камере сгорания при высокой температуре и давлении из легкоплавкой золы.

Известна газотурбинная установка, содержащая, кинематически связанные, компрессор и, расположенную в корпусе, реактивную турбину в виде тела вращения, камеру сгорания, выполненную в объеме реактивной турбины и шлакоулавливающую камеру (патент США 4006591, кл. F02С 3/14, 1977). Через горловину турбины в камеру сгорания проходит топливопровод для подачи твердого топлива.

Недостатком данной газотурбинной установки является сжигание топлива в объеме реактивной турбины, образование шлака на ее поверхности и, как следствие, необходимость выполнения дополнительных устройств для отвода шлака от лопаток турбины и из полости камеры сгорания.

Задача, которая решалась при создании данного изобретения, была связана с исключением образования шлака в камере сгорания и на лопатках турбины.

Поставленная задача решается тем, в газотурбинной установке, содержащей компрессор, камеру сгорания, рабочую турбину, а также генератор горючих газов, снабженный окном выхода горючих газов, генератор горючих газов соединен окном выхода горючих газов с всасывающим патрубком турбокомпрессора газотурбинной установки.

Сущность решения задачи поясняется следующим, В состав газотурбинной установки дополнительно вводится устройство для генерации горючих газов из твердого топлива, например, вихревая пиролизная (газогенераторная) топка (см., например патент РФ 106936), снабженная устройством подачи твердого мелкофракционного топлива, например, древесных опилок, фрезерного торфа.

Окно выхода горючих газов (водород, окись углерода, кислород и т.п.) присоединяется к всасывающему патрубку компрессора. Также, к всасывающему патрубку компрессора или непосредственно в окно выхода продуктов пиролиза из топки подается воздух. Воздух предварительно нагревается, например, на наружной поверхности топки.

В камере сгорания газотурбинной установки смесь горячих продуктов сгорания и пиролиза из топки и воздуха сжимается, воспламеняется и вращает рабочую турбину установки. Рабочая турбина связана (например, кинематически) с компрессором, который нагнетает смесь горючих газов и воздуха.

При работе данной газотурбинной установки зола образуется на колосниках топки, в которой компрессором создается разряжение. Как показывает опыт, древесная зола или остатки горения торфа при таких условиях не плавятся и не спекаются.

Сущность конкретного исполнения устройства поясняется рисунками. На фиг.1 показан пример компоновочной схемы такой установки.

Установка содержит газогенераторную топку 1, снабженную механической (например шнековой) подачей твердого топлива. Топка содержит окно 3 выхода продуктов сгорания и пиролиза твердого топлива (горючих газов), образующихся в топке при высокой температуре и недостатке кислорода. Дополнительно топка снабжена устройством для нагрева воздуха, выполненного, например, в виде кожуха 4 на наружной поверхности топки. Количество подаваемого в кожух 4 воздуха регулируется, например шибером 5. Также воздух в кожух 4 может нагнетаться вентилятором с частотным регулированием, что облегчает запуск установки. Нагретый воздух расходуется на сжигание и пиролиз топлива в топке, а также подается в камеру сгорания газотурбинной установки 6. Газотурбинная установка, например, содержит входное устройство - диффузор 7, осевой компрессор 8, камеру сгорания 9, газовую турбину 10 и выходное сопло 11. Отработанные газы из выходного сопла для повышения энергоэффективности установки поступают в теплогенератор, например котел.

Газотурбинная установка работает следующим образом.

В топке 1 для сжигания, например, фрезерного торфа, древесных опилок или другого твердого топлива, количество подаваемого дутьевого воздуха регулируется, например шибером 5 так, чтобы сгорание топлива происходило с недостатком дутьевого воздуха. При этом вместе с продуктами сгорания в, раскаленной до порядка 1000-1200°С, топке образуются горючие газы (водород, окись углерода, кислород и т.п.).

Дутьевой воздух и воздух, подаваемый в газотурбинную установку для сжигания горючих газов, предварительно нагревается в кожухе 4. Нагрев дутьевого воздуха до порядка 300°С существенно улучшает процесс пиролиза твердого топлива в топке.

Из топки 1 продукты сгорания, горючие газы из окна 3 и часть нагретого воздуха из кожуха 4 поступают в газотурбинную установку 6. В установке 6 они сначала сжимаются в диффузоре 7, затем в осевом компрессоре 8 и поступают в камеру сгорания 9. В камере 9 при большом давлении и температуре происходит полное сгорание горючих газов. В камере 9 продукты сгорания, расширяясь, вращают газовую турбину 10. Отработанные продукты сгорания через выходное сопло 11, поступают в теплогенератор, например котел.

Использование такой конструкции газотурбинной установки позволяет значительно упростить ее конструкцию, снизить требования к используемому топливу по качеству, величине фракций, влажности, повысить КПД установки.

Данное устройство экономически целесообразно использовать для автономного снабжения теплом и электроэнергией предприятий с потреблением тепловой и электрической энергии порядка нескольких мегаватт.

Газотурбинная установка, содержащая компрессор, камеру сгорания, рабочую турбину, а также генератор горючих газов, снабженный окном выхода горючих газов, отличающаяся тем, что генератор горючих газов соединен окном выхода горючих газов с всасывающим патрубком турбокомпрессора газотурбинной установки.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а конкретно к пороховым генераторам давления и может быть использовано для интенсификации добычи нефти и газа, вызванной механическим, тепловым и физико-химическим воздействием на нефтегазоносные пласты продуктов сгорания твердого топлива

Полезная модель относится к оборудованию летательных аппаратов, конкретно, к его силовой установке с реактивным двигателем, использующим твердое и жидкое топлива
Наверх