Газотурбинная система

Газотурбинная система включает в себя камеру сгорания с установленными в ней двухкомпонентными многоствольными струйными форсунками, имеющими центральный и периферийные стволы, воздух в которые подается из источника сжатого воздуха. На выходе из камеры сгорания установлена турбина; имеется также блок управления давлением и расходом воздуха и топлива. Эта система отличается тем, что к периферийным стволам форсунок поступает углеводородное топливо, а к центральным стволам поступает газообразный водород, подводимый по магистрали с регулировочным клапаном из баллона.

Предлагаемая полезная модель относится к газотурбинным системам и может быть использована для получения тепловой и электрической энергии при сжигании углеводородного топлива с высокой полнотой сгорания.

В качестве аналога выбрано теплогенераторное устройство для сжигания топлива по полезной модели патент №25069 от 21.03.02, которое содержит камеру сгорания с огневым днищем, двухкомпонентные струйные форсунки, расположенные в огневом днище и связанные с источником сжатого воздуха, турбину, соединенную с выходом камеры сгорания, блок управления расходами и давлениями воздуха и топлива. Сжигание топлива в камере сгорания при повышенном давлении топливовоздушной смеси позволяет в техническом решении по аналогу 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.

Недостатком технического решения по аналогу является повышенное содержание окислов азота в выхлопных газах, что обусловлено повышенным давлением (и температурой) топливовоздушной смеси в камере сгорания.

Известна газотурбинная система по полезной модели патент №37773 от 22.01.2004 г. (принятая за прототип), которая 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.

Недостатком технического решения по прототипу является узкий диапазон работы по мощности из-за невозможности работы камеры сгорания с большими значениями коэффициента избытка воздуха .

Полезная модель ставит задачу расширения возможности работы газотурбинной системы на обедненной смеси, позволяющей существенно увеличить рабочий диапазон мощности системы, а также уменьшить уровень вредных выбросов.

Техническим результатом при использовании предлагаемой полезной модели является обеспечение стабильного горения при малых значениях коэффициента избытка воздуха .

Технический результат обеспечивается тем, что газотурбинная система содержит камеру сгорания, двухкомпонентные многоствольные форсунки с центральным стволом и с периферийными стволами, подающими углеводородное топливо, а также источник сжатого воздуха, турбину, установленную на выходе из камеры сгорания, блок управления расходом и давлением воздуха и топлива, при этом система имеет баллон с водородом и магистраль с регулировочным клапаном, соединяющую баллон с центральным стволом форсунки

На фиг.1 представлена схема газотурбинной системы, а на фиг.2 показан узел «А» фиг.1 в более крупном масштабе.

Система содержит турбину 1, электрогенератор 2, камеру сгорания 3, установленную после турбины. Система также имеет источник 4 сжатого воздуха, баллон 5 с газообразным водородом и магистраль 6 газообразного водорода, проходящую от баллона к камере сгорания. Регулировочный кран 7 управления расходом водорода установлен на магистрали 6. Многоствольная форсунка 8 с центральным стволом 9 и периферийными стволами 10 связана с источником 4, с баллоном бис емкостью 11 для углеводородного топлива. Система кроме того имеет блок 12 управления расходом и давлением воздуха и топлива, а на камере сгорания 3 установлен воспламенитель 13.

Работа системы осуществляется следующим образом.

Сжатый воздух из источника 4 поступает в многоствольные форсунки 8, куда также подается из емкости 11 в периферийные стволы 12 - углеводородное топливо, а в центральные стволы 9 - газообразный водород из баллона 5 по магистрали 6.

Образующаяся в камере сгорания 3 горючая смесь поджигается воспламенителем 13. Из-за того, что водород способен гореть при существенно больших значениях коэффициента избытка воздуха а (по сравнению с углеводородными топливами) факел центральной форсунки поддерживает горение периферийных форсунок

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 9 и регулировочным краном 7 подачи водорода.

По сообщению Международного журнала по ядерной энергетике (Ijhe - 1999, №24, с.341-350) добавка водорода или синтез- газа (Н₂+СО) к топливовоздушной смеси двигателей внутреннего сгорания (ДВС) резко снижает токсичные выбросы и улучшает параметры ДВС. Аналогичный эффект можно ожидать и при использовании водорода в ГТУ.

По новейшим исследованиям РНЦ «Курчатовский институт» разработана плазменная технология получения водорода из метана с более высоким экономическим эффектом (по сравнению с паровой конверсией): соотношение между затратой электроэнергии на получение водорода к его энергетическому потенциалу составляет 1:30. Это может позволить иметь стоимость получения 1 кг водорода менее $1. Применительно к электростанции ПАЭС-2500 добавка водорода в количестве 12 кг/час (дополнительные затраты не превышают $300 в сутки) позволит обеспечить устойчивую работу при мощностях более чем в пять раз меньших номинального значения и существенно снизить уровень вредных выбросов в атмосферу.

Планируется внедрение данной полезной модели в 2005 году в ЗАО "НГТ-Энергия" на электростанции ПАЭС-2500.

Газотурбинная система, содержащая камеру сгорания, двухкомпонентные многоствольные форсунки с центральным стволом и с периферийными стволами, подающими углеводородное топливо, а также источник сжатого воздуха, турбину, установленную на выходе из камеры сгорания, блок управления расходом и давлением воздуха и топлива, отличающаяся тем, что система содержит баллон с водородом и магистраль с регулировочным клапаном, соединяющую баллон с центральным стволом форсунки.