газотурбинная установка
Классы МПК: | F02C3/20 использующие специальное горючее, окислитель или определенную разжиженную среду для получения продуктов сгорания |
Автор(ы): | Фишбейн Б.Д. |
Патентообладатель(и): | Открытое акционерное общество "Самарский научно-технический комплекс им. Н.Д.Кузнецова" |
Приоритеты: |
подача заявки:
1997-04-15 публикация патента:
27.05.2001 |
Газотурбинная установка содержит газотурбинный двигатель с одной или несколькими камерами сгорания и выходным устройством, систему утилизации тепла выхлопных газов, включающую термохимический реактор, теплообменник-утилизатор с топливной и пароводяной секциями, установленный в выходном устройстве. Термохимический реактор установлен в выходном устройстве и подключен к выходам из топливной и пароводяной секций. Выход из реактора подключен к камерам сгорания. Массовый расход водяного пара через реактор определяется по защищаемой формуле и зависит от суммарного массового топлива через камеры сгорания и молекулярных весов водяного пара и топлива. Изобретение позволяет уменьшить затраты мощности при повышении экономичности. 2 ил.
Рисунок 1, Рисунок 2
Формула изобретения
Газотурбинная установка, содержащая газотурбинный двигатель с одной или несколькими камерами сгорания и выходным устройством, систему утилизации тепла выхлопных газов, включающую термохимический реактор, теплообменник-утилизатор с топливной и пароводяной секциями, установленный в выходном устройстве, отличающийся тем, что термохимический реактор установлен в выходном устройстве и подключен к выходам из топливной и пароводяной секций, а выход из реактора подключен к камерам сгорания, причем массовый расход водяного пара через реактор определен выражением
где Gпар - массовый расход водяного пара через реактор;
Gт - суммарный массовый расход топлива через камеры сгорания;


Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к газотурбинным установкам (ГТУ), и в частности, реализующим утилизацию тепла выхлопных газов с применением термохимического реактора для конверсии топлива. Известно устройство тепловой машины (см. журнал "Химия и жизнь", 1987, N 11, с. 29), содержащей термохимический реактор для утилизации тепла выхлопных газов проведением реакции конверсии топлива, например метана или природного газа, углеводородного жидкого топлива. В известном устройстве в термохимический реактор подается топливо и часть продуктов сгорания из выхлопной системы, в которых содержатся пары воды и двуокись углерода, участвующие в химической реакции с топливом с образованием водорода и окиси углерода. Недостаток известного устройства состоит в том, что продукты сгорания при коэффициенте избытка воздуха более единицы занимают значительный объем и подача их в камеру сгорания требует затрат дополнительной мощности, если в камере сгорания реализуется высокое давление. Известно устройство газотурбинной установки (см. книгу В.Г. Носач. Энергия топлива. Киев: Наукова думка, 1989, с. 78 - прототип), содержащей термохимический реактор для утилизации тепла выхлопных газов ГТУ путем осуществления химической реакции топлива с частью продуктов сгорания. Недостатком известного устройства также является затрата значительной мощности на повышение давления смеси топлива и продуктов сгорания при повышении экономичности ГТУ. Задачей изобретения является уменьшение затрат мощности при повышении экономичности. Указанная задача достигается за счет того, что в газотурбинной установке, содержащей газотурбинный двигатель с одной или несколькими камерами сгорания и выходным устройством, систему утилизации тепла выхлопных газов, включающую термохимический реактор, теплообменник-утилизатор с топливной и пароводяной секциями, установленный в выходном устройстве, термохимический реактор установлен в выходном устройстве и подключен к выходам из топливной и пароводяной секций, а выход из реактора подключен к камерам сгорания, причем массовый расход водяного пара через реактор определен выражением
где Gпар - массовый расход водяного пара через реактор;
Gт - суммарный массовый расход топлива через камеры сгорания;


Тепловой эффект этой эндотермической реакции Qпогл в стандартных условиях при 20o равен 49200 ккал/кмоль или 3070 ккал/на 1 кг метана. Образовавшиеся в результате реакции окись углерода (CO) и водорода (H2) поглотили тепло, воспринятое от выхлопных газов и по трубопроводу 18 через кран 19 и смесь как конвертированное топливо, поступает в камеру сгорания 2, где сгорает в соответствии с экзотермической реакцией
CO+H2+2O2=CO2+3H2O+Qсгор
с образованием продуктов полного сгорания и выделением тепла Qсгор. Теплота сгорания Qсгор в стандартных условиях при 20oC равна 240990 ккал/кмоль или 15020 ккал на 1 кг метана, что превышает низшую удельную теплоту сгорания метана, равную 11954 ккал/кг. Образовавшиеся продукты сгорания обеспечивают работу газотурбинного двигателя 1 и поступают в силовую турбину 3, совершая работу для привода внешней нагрузки 4, а затем выбрасываются в атмосферу через выходное устройство 5, обтекая теплообменник-утилизатор 6. При установке дополнительной камеры сгорания 20 (фиг. 2) перед силовой турбиной 3, конвертированное топливо также поступает по трубопроводу 21 через кран 22 в камеру сгорания 20, в которой рабочий процесс происходит так же, как в камере сгорания 2, но в среде продуктов сгорания, поступивших из газотурбинного двигателя 1. Образовавшиеся продукты сгорания совершают работу, расширяясь в силовой турбине 3, передавая дополнительную мощность внешней нагрузке 4, после чего выбрасываются в атмосферу через выходное устройство 5, обтекая теплообменник-утилизатор 6. Использование изобретения позволит на 20-25% повысить экономичность при затратах мощности на подачу конвертированного топлива 1-1,5%.
Класс F02C3/20 использующие специальное горючее, окислитель или определенную разжиженную среду для получения продуктов сгорания