ГАЗОТУРБИННАЯ СИСТЕМА

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 α.
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 α.
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.
2
По сообщению Международного журнала по ядерной энергетике (Ijhe - 1999, №24, с.341-350) добавка водорода или синтез- газа (Н+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.