ГАЗОТУРБИННАЯ УСТАНОВКА С ВПРЫСКОМ ПАРА

Газотурбинная установка
Полезная модель относится к газотурбинным установкам, в частности к установкам, которые характеризуются использованием продуктов сгорания в качестве рабочего тела.
Газотурбинная установка может быть применена в конструкциях транспортной и стационарной энергетики.
Известна газотурбинная установка с регенерацией теплоты, имеющая поверхностный теплообменник (регенератор), в котором осуществляется утилизация теплоты уходящих газов путем подогрева воздуха перед подачей его в камеру сгорания. («Тепловые и атомные электрические станции Справочник под редакцией В.А.Григорьева и В.М.Зорина, М., Энергоиздат, 1982 г.). В данной газотурбинной установке определенная часть тепла, ранее уносившаяся отработавшими газами в атмосферу, возвращается в цикл турбины, что повышает ее КПД.
МПК 7 F 02 с 3/00 с впрыском пара.
Однако, количество утилизируемого тепла из-за низкой теплоемкости воздуха и одного механизма теплоотдачи (конвекции) низка.
Известна газотурбинная установка (Полезная модель, свидетельство РФ № 28513, МПК 7 F 02 С 1/00, RU БИМП № 9 27.03.2003) для производства электроэнергии. Она состоит из редуктора, компрессора для подачи воздуха в камеру сгорания, которая соединена с турбиной. Имеется паровой котел, связанный с турбиной и водяным насосом. Охлажденный газ и пар поступают в парогазовый эжектор. Как и в описанных ранее аналогах в известной полезной модели совокупность существенных признаков обеспечивает преобразование получаемой тепловой энергии в работу. Экологичность такой установки низка.
Наиболее близкой к заявляемой газотурбинной установке по технической сущности и достигаемому эффекту при использовании является газотурбинная установка с впрыском пара в камеру сгорания, известная из работы Williams Robert Н., Larson Erik D.// Electricity - Lund Press, Sweden. c. 503-553. (Expanding roles for gasturbines in power generation) Эта установка принимается за прототип. Как и традиционные газотурбинные установки, она содержит турбину с подключенными к ней компрессором, электрогенератором и камерой сгорания. Парогенератор подключен к турбине и к водяному насосу. Камера сгорания связана с топливной магистралью.
В прототипе горячие вьгхлопные газы турбины используются для  водяного пара в парогенераторе. Впрыск пара в камеру сгорания в зону горения способствует снижению эмиссии окислов азота. Удельная мощность турбины существенно увеличивается. Утилизация тепла происходит за счет двух механизмов теплообмена: конвекции и фазового превращения воды в пар.
Однако утилизация тепла выхлопных газов обеспечивается недостаточно.
Задача, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, заключается в повышении энергетических и экологических свойств водородсодержащего топлива в камере сгорания и в увеличении термического КПД установки за счет поглощения дополнительного тепла.
Суш;ность заявляемой полезной модели как технического решения выражается в следующей совокупности существенных признаков.
Как и прототип, заявляемая газотурбинная установка с впрыском пара содержит турбину, связанную с компрессором, электрогенератором и с камерой сгорания, которая соединена с компрессором. К камере сгорания подключена топливная магистраль. Парогенератор связан с водявпым насосом.
В отличие от прототипа установка дополнительно снабжена термохимическим реактором, который включен между парогенератором и камерой сгорания и связан с тзфбиной. К термохимическому реактору подключена топливная магистраль. Термохимический реактор служит для проведения эндотермической реакции паровой конверсии топлива. От него и от парогенератора выходят выхлопные газы.
Технический результат, обеспечиваемый совокупностью существенных признаков заявляемой полезной модели, заключается в следующем:
-повышается КПД газовой турбины в результате дополнительного поглощения тепла выхлопных газов;
-улучшается экология, т.к. в камеру сгорания дополнительно подается водород, получаемый в результате эндотермической реакции парового реформинга в реакторе. Водород обеспечивает полноту сгорания исходного топлива и улучшает состав выхлопных газов.
Сущность заявляемой полезной модели «Газотурбинной установки с впрыском пара поясняется чертежом, где на фигуре 1 изображена блоксхема заявляемой установки.
Заявляемая газотурбинная установка с впрыском пара содержит, как и прототип, связанные между собой турбину 1 и компрессор 2. Турбина 1 соединена с электрогенератором 3 и с парогенератором 4, к которому подключен водяной насос. Камера сгорания (КС) 5 связана с компрессором 2 и с турбиной 1. К камере сгорания 5 гтодключена топливная магистраль.
В отличие от прототипа газотурбинная установка дополнительно снабжена термохимическим реактором (ТХР) 6. Термохимический реактор включен между парогенератором 4 и камерой сгорания 5. Реактор связан с турбиной 1 и подключен к топливной магистрали. Термохимический реактор 6 выполнен с возможностью проведения в нем традиционной эндотермической реакции. В компрессор 2 поступает воздух, а из парогенератора 4 и термохимического реактора 6 выходят выхлопные газы. Выполнение элементов газотурбинной установки является традиционным («Тепловые и атомные электрические станции Справочник под ред. В.А.Григорьева и В.М.Зорина, М., Энергоиздат, 1982).
В заявляемой газотурбинной установке с впрыском пара углеводородное топливо от топливной магистрали подается в камеру сгорания 5. Часть углеводородного топлива подается в термохимический реактор б, куда впрыскивается пар от парогенератора 4. От турбины I в реактор бив парогенератор 4 поступают горячие выхлопные газы, которые охлаждаются и выбрасываются в атмосферу. За счет тепла выхлопных газов в реакторе 6 происходит эндотермическая химическая реакция парового реформинга - стехиометрическая реакция с получением синтез-газа (смесь На и СО)
аС„Н,гп+ b НгО - с Нз + d СО.
При этом в процессе превращения может быть поглощено тепло, равное теплоте химической реакции.
В камеру сгорания 5 впрыскивается не только водяной пар, взятый в избытке от стехиометрической реакции, но и полученный в реакторе 6 синтез-газ (смесь На и СО).
Подвод водяного пара в камеру сгорания 5 при весьма высокой результирующей температуре рабочего тела на выходе из камеры сгорания позволяет снизить температуру в стехиометрических зонах горения топлива и обеспечить содержание вредных примесей (NOx, СО и полиароматических углеводородов) на уровне, предписываемом требованиями современных санитарных норм.
Благодаря наличию термохимического реактора 6 происходит значительная интенсификация процесса тепломассообмена. За счет проведения в реакторе 6 химической эндотермической реакции исходное тлеводородное топливо, получаемое от топливной магистрали, превращается в водородсодержащую топливную смесь. Камера сгорания 5 работает на новом топ1шве с улучщенными характеристиками горения.
Утилизация тепла происходит за счет трех механизмов теплообмена конвекции и фазового превращения воды в пар, а также за счет химического превращения исходного топлива в реакторе 6, нагреваемого выхлопными газами от турбины 1.
Таким образом, заявляемая полезная модель - «Газотурбинная установка с впрыском пара характеризуется повыщенным термическим КПД за счет дополнительного поглощения тепла выхлопньох газов в термохимическом реакторе, а также улучшенными энергетическими и экологическими характеристиками горения благодаря обогащению исходного углеводородного топлива водородом, получаемым в термохимическом реакторе, которым снабжена заявляемая газотурбинная установка.
Заявляемая газотурбинная установка с впрыском пара обладает достоинствами как по эффективности преобразования тепла топлива в электроэнергию и экологическим показаниям, так и по удельным показателям мощности и стоимости выработки электроэнергии.