Спосіб роботи і пристрій газотурбінної установки

Реферат: Група винаходів належить до газотурбінної техніки. Спосіб роботи газотурбінної установки (ГТУ) передбачає подачу в камеру згоряння стисненого повітря і парометанводневої суміші (ПМВС), розширення продуктів її згоряння в газовій турбіні, охолодження шляхом випаровування або перегріву водяної пари, що направляється в ГТУ, де природний газ, що надходить, змішують з водяною парою високого тиску з отриманням метанвмісної парогазової суміші, яку нагрівають потоком зазначених продуктів згоряння в теплообміннику, пропускають через каталітичний реактор реформування метану з утворенням на виході ПМВС, що подається в камеру згоряння ГТУ. Температуру теплообмінних процесів ГТУ підвищують шляхом додаткового спалювання палива в потоці продуктів згоряння ПМВС, що відбирає на виході з додаткової вільної силової газової турбіни (ДВСГТ), а перед подачею в камеру згоряння ПМВС її попередньо охолоджують до температури, що не перевищує температурний діапазон 200240 °C, з одночасною частковою конденсацією водяної пари, конденсат відділяють, випаровують і витрачають при підготовці метанвмісної парогазової суміші і водяної пари низького тиску, що пропускають через додаткову ДВСГТ. ГТУ містить пристрій для отримання ПМВС, спалюваної в камері згоряння газогенератора, утвореного послідовно з'єднаними між собою компресором, камерою згоряння і газовою турбіною, сполученою з пристроєм для отримання ПМВС за допомогою теплообмінника, підключеного по стороні, що нагрівається, до входу в каталітичний реактор реформування метану, вихід якого з'єднаний з камерою згоряння газогенератора, по стороні, UA 111423 C2 (12) UA 111423 C2 що гріє, теплообмінника встановлений парогенератор, підключений по парі до входу в змішувач, з'єднаний з підведенням природного газу, вхід парогенератора підключений до джерела конденсату водяної пари; в газогенераторі після газової турбіни послідовно встановлені ДВСГТ з навантаженням і допалювач продуктів згоряння ПМВС, підключений виходом до входу в теплообмінник, а входом - до виходу додаткової вільної силової газової турбіни, остання приєднана входом по парі низького тиску до виходу парогенератора. UA 111423 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Запропоноване технічне рішення відноситься до газотурбінної техніки, яка застосовується для отримання роботи і генерації електроенергії, або в якості приводу транспортних засобів, або компресорів магістральних газопроводів, і, зокрема, до способу роботи газотурбінної установки енергетичного та транспортного призначення з підвищеною паливною економічністю, що передбачає цикл регенерації тепла вихлопних газів. Використання природного газу в якості газотурбінного палива сприяло розвитку технологій, що підвищують ефективність газотурбінних пристроїв за рахунок їх комбінування з паровими турбінами і способами спалювання природного газу, змішаного з водяною парою. Запропоноване технічне рішення відноситься також до пристрою газотурбінної установки нового типу, в якій, за рахунок хімічних перетворень вуглеводневої парогазової суміші, що використовується для приведення в дію парової газової турбіни, істотно знижені енерговитрати і шкідливі викиди в атмосферу. Відомий спосіб підвищення ККД парогазової енергоустановки, що передбачає впорскування води в проточну частину компресора, утилізацію тепла відпрацьованих газів газової турбіни в котлі утилізаторі, конденсацію водяної пари з робочого тіла газотурбінної установки в контактному конденсаторі, спалювання палива в камері згоряння з надлишком повітря 1,05 1,1. При цьому температура робочого тіла на вході в газову турбіну регулюється подачею пара з котла в камеру згоряння в зону закінченого горіння з котла утилізатора і регенеративного відбору паротурбінної установки енергоблоку, спільно працюючого з газовою турбіною в парогазової установці, або парогенератора, включеного в теплову схему парогазотурбінної установки при її автономній роботі (заявка RU № 2005102152, опубл. 10.07.2006). Парогазова енергоустановка для здійснення зазначеного способу включає компресор для стиснення повітря, що подається в камеру згоряння для спалювання палива, паротурбінну установку енергоблоку, спільно працюючого з газовою турбіною, котел утилізатор відпрацьованих газів газової турбіни, контактний конденсатор для конденсації водяної пари і парогенератор при автономній роботі парогазотурбінної установки. До недоліків даних способу і пристрою відноситься спільне використання парової та газової турбін,яке ускладнює і здорожує роботу парогазової енергоустановки в цілому. Відомі також спосіб роботи і пристрій газотурбінної установки з комплексною системою глибокої утилізації теплоти і зниження шкідливих викидів в атмосферу (заявка RU № 2000131473, опубл. 20.01.2003). Спосіб роботи такої установки включає стиснення повітря в компресорі і його подачу в камеру згоряння, спалювання газового палива в цій камері при зниженні коефіцієнта надлишку повітря в зоні горіння до 1,02 ÷ 1,05, а рідкого палива - при його зменшенні до 1,05 ÷ 1,10, розширення продуктів згоряння в газовій турбіні, до спалювання незгорілого палива за турбіною, упорскування води в компресор і в камеру згоряння. Пристрій газотурбінної установки за заявкою RU № 2000131473 містить послідовно встановлені в її газоповітряному тракті компресор, камеру згоряння з трубопроводом підведення газового палива, газову турбіну, з'єднану механічним зв'язком з компресором і електрогенератором, напірний економайзер з трубопроводами підведення і відведення теплоносія, турбодетандер продуктів згоряння, з'єднаний механічним зв'язком з електрогенератором, а газовим зв'язком зі споживачем холоду, рекуперативний паливопідігрівач з підвідним та відвідним паливопроводами і теплопроводами. За газовою турбіною в газовому тракті послідовно встановлені водяний економайзер або парогенератор, поверхневий або контактно-поверхневий конденсатор, розташовані за турбодетандером осушувач, поверхневий газоводяний теплообмінник, глушник шуму і димову трубу. Компресор підключений до повітрозбірника через послідовно розташовані вздовж впускного повітряного тракту фільтр, поверхневий або контактно-поверхневий водоповітряний теплообмінник і глушник шуму. Дані спосіб і пристрій для його здійснення також мало ефективні у зв'язку з недостатністю надлишку повітря і зниженням витрати робочого тіла в проточній частині газової турбіни. У відомому способі роботи комбінованої газопаротурбінної установки, який здійснюється за відомим циклом STIG (Steam Injection Gas turbine) з подачею пара безпосередньо в камеру згоряння газової турбіни, весь пар, що виробляється в утилізаційному теплообміннику, подається в камеру згоряння газотурбінної установки, а потім утворена парогазова суміш розширюється в газовій турбіні і, пройшовши утилізаційний теплообмінник, викидається в атмосферу. Впорскування пари в проточну частину турбіни дозволяє збільшити потужність двигуна на 60 ... 70 % і ККД - приблизно на 25 % (відн.) без збільшення температури газу перед турбіною. Недолік циклу STIG полягає в повній втраті циклової води. 1 UA 111423 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Прототипом запропонованих технічних рішень є спосіб роботи газотурбінної установки (патент RU № 2467187, опубл. 20.11.2012), який передбачає подачу в камеру згоряння стислих повітря і метанмісткої парогазової суміші, розширення продуктів їх згоряння в газовій турбіні, охолодження продуктів згоряння шляхом випаровування або перегріву водяної пари високого тиску, конденсацію водяної пари низького тиску, що міститься в продуктах згоряння, випаровування і перегрів конденсату з утворенням водяної пари високого тиску, що направляється в газотурбінну установку, де поступаючий природний газ послідовно змішують з водяною парою високого тиску, нагрівають в першому теплообміннику продуктами згоряння метанмісткої парогазової суміші, пропускають через каталітичний реактор з утворенням метанмісткої парогазової суміші, яку нагрівають у другому теплообміннику, пропускають через другий каталітичний реактор і подають в камеру згоряння. Продуктами каталітичного реформування метану є метанмісткі гази з концентрацією водню 1-5 % або понад 20 %. Пристрій для здійснення зазначеного способу містить газогенератор, утворений послідовно з'єднаними компресором повітря, камерою згоряння палива і турбіною, після якої встановлений теплообмінник нагріву парогазової суміші, підключений по стороні, що нагрівається, до входу в каталітичний реактор конверсії метану, вихід з якого по стороні, що нагрівається, підключений до камери згоряння. За теплообмінником нагріву по стороні, що гріє, встановлений парогенератор, підключений по пару до входу в колектор парогазової суміші, вхід колектора підключений до джерела природного газу, а його вихід - до входу теплообмінника нагріву по стороні, що нагрівається. Відомі за патентом RU № 2467187 спосіб роботи газотурбінної установки і її пристрій дозволяють лише частково усунути недоліки вищевикладених технічних рішень, не досягаючи в цілому високого енергетичного ККД використання палива. Недоліком є також обмежена можливість збільшення потужності установки, пов'язана з впливом параметрів робочого тіла перед турбіною на її пропускну здатність. Технічна задача, що вирішується, при розробці запропонованого способу полягає в забезпеченні роботи газотурбінної установки, позбавленої вищевказаних недоліків з досягненням максимально можливого зниження енергетичних витрат і скорочення шкідливих викидів. Задача, що вирішується, в частині розробки заявляємого пристрою виражається в утворенні газотурбінної установки нового типу більш спрощеної конструкції з підвищеними потужністю і ККД за рахунок хімічної регенерації теплової енергії викидних газів, що використовується при паровій каталітичній конверсії природного газу з отриманням метановодневої або парометановодневої суміші в газогенераторі газотурбінної установки. Технічний результат, який досягається при розробці запропонованого пристрою газотурбінної установки щодо його прототипу, виражається в поліпшенні експлуатаційних характеристик шляхом найбільш повного використання енергії продуктів згоряння, що відводяться. Позитивний ефект, що досягається, при створенні запропонованого способу роботи газотурбінної установки полягає в зниженні температури і рівня викиду оксидів азоту в атмосферу в 4-8 разів, скороченні витрат природного газу на 14,8 %, а також у підвищенні ефективного ККД на 3,41 % абс. Поставлена задача в частині способу вирішена на базі відомого способу роботи газотурбінної установки, що передбачає подачу в камеру згоряння стисненого повітря і парометанводневої суміші, розширення продуктів її згоряння в газовій турбіні, охолодження шляхом випаровування або перегріву водяної пари, що направляється в газотурбінну установку, де природний газ, що поступає, змішують з водяною парою високого тиску з отриманням метанмісткої парогазової суміші, яку нагрівають потоком зазначених продуктів згоряння в теплообміннику, пропускають через каталітичний реактор реформування метану з утворенням на виході парометанводневої суміші, що подається в камеру згоряння газотурбінної установки. Відповідно до запропонованого способу, підвищують температуру теплообмінних процесів газотурбінної установки за рахунок додаткового спалювання палива в потоці продуктів згоряння парометанводневої суміші, що відбирається на виході з додатковою вільної силової газової турбіни, а перед подачею в камеру згоряння парометанводневої суміші її попередньо охолоджують до температури, що не перевищує температурний діапазон 200 - 240 °С, з одночасною частковою конденсацією водяної пари, що міститься в парометанводневій суміші, і утворенням конденсату. Останній відокремлюють, випаровують і витрачають при підготовці метанмісткої парогазової суміші і водяної пари низького тиску, який пропускають через додаткову вільну силову газову турбіну. 2 UA 111423 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Спосіб відрізняється також тим, що в якості палива, що спалюється в потоці продуктів згоряння парометанводневої суміші, використовують метан, або природний газ, або парометановодневу суміш, яка відбирається з каталітичного реактора. Інша відмінність способу полягає в тому, що нагрівання метанмісткої паро газової суміші в теплообміннику ведуть до температури в діапазоні 600 - 640°С. Зазначений технічний результат в частині пристрою досягається при використанні газотурбінної установки, що містить пристрій для отримання парометанводневої суміші, що спалюється в камері згоряння її газогенератора, утвореного послідовно з'єднаними між собою компресором повітря, камерою згоряння і газовою турбіною, сполученої з пристроєм для отримання парометанводневої суміші за допомогою теплообмінника, підключеного по стороні, що нагрівається, до входу в каталітичний реактор реформування метану, вихід якого по стороні, що нагрівається, з'єднаний з камерою згоряння газогенератора, після теплообмінника по його стороні, що гріє, встановлений парогенератор, підключений виходом по пару до входу в змішувач, з'єднаний з підведенням природного газу, вхід парогенератора підключений до джерела конденсату водяної пари. Відповідно до запропонованого пристрою, в газогенераторі після газової турбіни послідовно встановлені додаткова вільна силова газова турбіна з навантаженням і доспалювач продуктів згоряння парометанводневої суміші, підключений виходом до входу в теплообмінник, а входом - до виходу додаткової вільної силової газової турбіни, остання з'єднана входом по пару низького тиску з виходом парогенератора. Відмінністю пристрою є також те, що парогенератор встановлений паралельно доспалювача і теплообмінника. Інша відмінність пристрою полягає в тому, що додатковим джерелом конденсату водяної пари є парометанводнева суміш, що охолоджується на виході з каталітичного реактора. У запропонованому способі роботи газотурбінної установки отримання парометановодневої суміші, яка характеризується підвищеним вмістом водню, здійснюють за рахунок утилізації теплової енергії продуктів згоряння, завдяки чому при її спалюванні істотно знижуються викиди шкідливих речовин в атмосферу, а також скорочуються енергетичні витрати. Актуальність регенерації тепла для високоефективних газотурбінних установок обумовлена вимогою підвищення їх ефективності та конкурентоспроможності, а також потребою енергетичного переозброєння за рахунок використання газотурбінних установок зі складним циклом в енергетиці, газоперекачуванні та транспорті. На відміну від традиційної схеми газотурбінних установок і парогазових циклів з уловлюванням СО2 в установці з хімічною регенерацією тепло викидних газів використовується для проведення парової каталітичної конверсії (реформінга) природного газу, в результаті чого утворюється метанводнева або парометанводнева суміш, яка є паливом газотурбінних установок, при цьому основна генерація енергії реалізується в газовій турбіні. Найбільш високої термодинамічної ефективності утилізації скидного тепла газової турбіни можна досягти при отриманні за допомогою цього тепла хімічних продуктів, при згорянні яких утворюється високотемпературне робоче тіло, що спрацьовує в газотурбінному циклі. До числа таких продуктів належить водень, який не тільки не утворює при згорянні шкідливих продуктів, але і забезпечує підвищення ефективності турбіни, дозволяючи працювати на вкрай бідної суміші з дуже великим коефіцієнтом надлишку повітря (до λ = 9,8 у випадку воднево-повітряної суміші). При великому надлишку повітря в камері згоряння досягається значне зниження температури викидних газів і неймовірно низький рівень викидів ΝΟx, що практично наближається до межі виявлення. При цьому збільшення масової витрати робочого тіла призводить до зростання потужності турбіни. Крім того, застосування метанводневих сумішей з високим вмістом водню (до 50%) в якості паливного газу на газотурбінних установках, в тому числі тих, що підлягають їх реконструкції, дозволить не тільки істотно поліпшити як експлуатаційні характеристики, так і значно знизити емісійні показники. Збагачення природного газу воднем, згідно запропонованого технічного рішення, здійснюється шляхом каталітичного процесу парової конверсії метану, ендотермічний характер якої вимагає підведення теплової енергії. Відбір тепла від продуктів згоряння, що виводяться з газової турбіни, виробляють як для отримання водяної пари, частину якого використовують в реакції конверсії метану, а потік, що залишився, направляють разом з метанводневою сумішшю в камеру згоряння, так і для нагріву парогазової метанводневої суміші, що подається в каталітичний реактор. Тим самим вдається з максимально можливою ефективністю використовувати енергію продуктів згоряння, що відводяться від газової турбіни. Підвищення температури теплообмінних процесів, здійснюваних у газотурбінній установці, сприяє збільшенню виходу парометанводневої суміші з високим вмістом водню, що саме по собі істотно знижує шкідливі викиди в атмосферу, забезпечуючи найбільш повне спалювання пального. 3 UA 111423 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Відділення частині пара від парометанводневої суміші покликане підвищити повноту спалювання метан водневих сумішей з високим вмістом водню (до 50%), покращуючи тим самим експлуатаційні характеристики газотурбінної установки і значно знижуючи емісійні показники. Виведення при цьому частини конденсату водяної пари для повторного використання в загальному робочому процесі установки служить додатковим джерелом пари. У частині пристрою доцільність використання в газотурбінній установці додаткової вільної силовий газової турбіни продиктована істотним збільшенням потужності установки за рахунок подачі в тракт вільної турбіни додаткового робочого тіла, утвореного водяною парою, виробленою в установленому паралельно доспалювача парогенераторі, підключеному виходом по пару високого тиску до входу в змішувач, а виходом по пару низького тиску - до входу в додаткову вільну силову газову турбіну. Оснащення установки доспалювачем також сприяє суттєвому збільшенню виходу парометанводневої суміші, виробленої шляхом каталітичної парової конверсії метану, ендотермічний характер якої вимагає підведення теплової енергії. Вхід парогенератора підключений до каталітичного реактора для виведення з парометанводневої суміші, що охолоджується, конденсату водяної пари таким чином, щоб парометанводнева суміш, що охолоджується, на виході з каталітичного реактора служила б додатковим джерелом конденсату водяної пари, після перегріву якого в парогенераторі отримують пар високого та низького тисків. На кресленні представлена принципова схема способу роботи і пристрою газотурбінної установки. Відповідно до наведеної на фігурі схеми газотурбінна установка включає газогенератор, що містить послідовно з'єднані між собою: компресор 1 для стиснення повітря 2, камеру згоряння 3 для спалювання парометанводневої суміші 4 з виділенням продуктів згоряння 5, газову турбіну 6, яка розширює продукти згоряння 5 з утворенням на виході продуктів згоряння низького тиску 7, додаткову вільну силову газову турбіну 8 з навантаженням 9, доспалювач 10 з паливом 11. Пристрій 12 для отримання парометанводневої суміші 4, виробленої з природного газу 13, містить змішувач 14 для підготовки метанмісткої парогазової суміші, теплообмінник 15, що створює на виході нагріту метан містку парогазову суміш 16, каталітичний реактор 17 реформування метану, в якому утворюються парометанводнева суміш 4 і конденсат водяної пари 18, парогенератор 19, що продукує водяну пару високого 20 і низького 21 тисків з виділенням охолоджених продуктів згоряння 22. Для здійснення запропонованого способу вирішена задача створення газотурбінної установки. Приклад реалізації газотурбінної установки. Газотурбінна установка відповідно до представленої на кресленні схеми містить пристрій 12 для отримання парометанводневої суміші 4, спалюваної в камері згоряння 3 і газогенератор, утворений послідовно з'єднаними між собою компресором 1 для стиснення повітря 2, камерою згоряння 3 і газовою турбіною 6, після якої послідовно встановлені додаткова вільна силова газова турбіна 8 з навантаженням 9 і доспалювач 10 продуктів згоряння парометанводневої суміші 4, що забезпечується паливом 11. Своїм виходом доспалювачь 10 підключений до входу в теплообмінник 15, а входом - до виходу додаткової вільної силової газової турбіни 8. Навантаженням 9 додаткової вільної силової газової турбіни 8 служать електрогенератор, компресор природного газу на магістральному газопроводі або рушій транспортного засобу. Пристрій 12 для отримання парометанводневої суміші 4 функціонально сполучений з газогенератором газотурбінної установки за допомогою теплообмінника 15 і містить послідовно встановлені змішувач 14, з'єднаний з підведенням природного газу 13, теплообмінник 15, підключений по стороні, що нагрівається, до входу в каталітичний реактор 17 реформування метану, вихід якого по стороні, що нагрівається, підключений до камери згоряння 3 газогенератора. Каталітичний реактор 17 з метою збільшення виходу парометанводневої суміші 4 і її стабілізації може бути також розділений на два реактори, заповнені однотипним каталізатором. Паралельно доспалювачу 10 і теплообміннику 15 по його стороні, що гріє, встановлений парогенератор 19, підключений виходом по пару високого тиску 20 до входу в змішувач 14, а виходом по пару низького тиску 21 - до входу в додаткову вільну силову газову турбіну 8. Вхід парогенератора 19 підключений одним своїм кінцем до каталітичного реактора 17 для виведення з парометанводневої суміші 4, що охолоджується, конденсату водяної пари 18, а іншим кінцем - до виходу теплообмінника 15. Таким чином, парометановоднева суміш, що охолоджується, на виході з каталітичного реактора 17 служить додатковим джерелом конденсату водяної пари 18 для парогенератора 19, що виробляє пар високого 20 і низького 21 тисків. 4 UA 111423 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Прикладом реалізації запропонованого технічного рішення в частині способу служить спосіб роботи газотурбінної установки, описаний нижче. Приведення в дію вільної силової газової турбіни 8 з навантаженням 9 газотурбінної установки здійснюють за допомогою спалювання пального, що виробляється пристроєм 12 для отримання парометанводневої суміші 4. З цією метою в камеру згоряння 3 газогенератора подають одночасно парометановодневу суміш 4, що надходить з каталітичного реактора 17 реформування метану, і стиснене компресором 1 повітря 2. Продукти згоряння 5, що виділяються в камері згоряння 3, направляють в газову турбіну 6, де вони, розширюючись, утворюють на виході продукти згоряння низького тиску 7, які потім направляють в додаткову вільну силову газову турбіну 8 з навантаженням 9. Робота пристрою 12 для отримання парометанводневої суміші 4 газотурбінної установки здійснюється з використанням теплової енергії відхідних газів, при цьому підвищують температуру теплообмінних процесів, що досягається шляхом додаткового спалювання в доспалювачі 10 палива 11 в потоці продуктів згоряння парометанводневої суміші низького тиску 7, що відбирається на виході з додаткової вільної силової газової турбіни 8. В результаті окиснення палива 11 підвищується температура потоку продуктів згоряння низького тиску 7, що направляється в розташований по ходу його руху теплообмінник 15. В якості палива 11, спалюваного в доспалювачі 10, використовують метан, або природний газ, або парометанводневу суміш. Для отримання парометановодневої суміші 4 природний газу 13 подають в змішувач 14 для змішування з водяною парою високого тиску 20, виробленою парогенератором 19. Підготовлену в змішувачі 14 метанмістку парогазову суміш направляють потім в теплообмінник 15, в якому гріючим потоком є, як зазначалося вище, нагрітий потік продуктів згорання парометанводневої суміші низького тиску 7, що виходить з доспалювача 10. Нагрівання метанмісткої парогазової суміші в теплообміннику 15 ведуть до температури в діапазоні 600÷640°С зі створенням на виході потоку нагрітої метанмісткої парогазової суміші 16, який направляють в каталітичний реактор 17 реформування метану. Охолоджуваний в теплообміннику 15 гріючий потік продуктів згорання подають в розташований по ходу його руху парогенератор 19, в якому ведуть подальше охолодження продуктів згоряння за рахунок випаровування і перегріву водяної пари високого 20 і низького 21 тисків, при цьому водяну пару високого тиску 20 направляють в змішувач 14, а водяну пару низького тиску 21 пропускають через додаткову вільну силову газову турбіну 8 з навантаженням 9. Охолоджені в парогенераторі 19 низькотемпературні продукти згоряння 22 з пониженим вмістом оксидів азоту скидають в атмосферу. У каталітичному реакторі 17 в результаті процесу реформування метану утворюється парометанводнева суміш 4 із заданими технічними характеристиками, нижче представленими в таблиці. На виході з каталітичного реактора 17 парометановодневу суміш 4 попередньо охолоджують у вбудованому в реактор 17 водяному в теплообміннику (на схемі не показаний) до температури, що не перевищує температурний діапазон 200÷240°С, з одночасною частковою конденсацією водяної пари, що міститься в суміші 4, з утворенням конденсату водяної пари 18, який потім використовують в якості додаткового джерела води парогенератора 19. З цією метою конденсат водяної пари 18 відокремлюють, виводять з парометанводневої суміші 4 і каталітичного реактора 17, а після направляють в парогенератор 19, де за рахунок теплоти, що виділяється потоком продуктів згорання парометанводневої суміші 4, конденсат водяної пари 18 випаровують з отриманням водяної пари високого тиску 20, що подається в змішувач 14, і водяної пари низького тиску 21, що пропускається через додаткову вільну силову газову турбіну 8 з навантаженням 9. Таким чином, у пристрої 12 для отримання парометанводневої суміші 4 одночасно виробляють пальне газогенератора і водяна пара високого 20 і низького 21 тисків, з яких пар низького тиску 21 приводить в рух додаткову вільну силову газову турбіну 8. Крім того, за допомогою пристрою 12 відокремлюють і скидають в атмосферу охолоджені низькотемпературні продукти згоряння 22 з пониженим вмістом оксидів азоту. У таблиці наведені склади і теплофізичні характеристики, що отримуються з каталітичного реактора 17 парометановодневої суміші. 5 UA 111423 C2 Таблиця Склади і теплофізичні характеристики парометанводневої суміші Теплофізичні характеристики Одиниця вимірювання Масова частка Ν2 СО H2 СН4 Н2O 0,00197 0,00412 0,16974 0,18518 0,59857 0,04401 0,02801 0,02801 0,00202 0,01604 0,01802 0,33804 кг/моль СО2 0,04042 Об'ємна частка Молярна маса Компоненти парометанводневої суміші 0,01047 0,02196 0,06500 0,56453 Відносна витрата пари 2,04933 Ентальпія кДж/кг 36277,4 Витрата суміші* нм /год. 3 4390,165 Тиск суміші кгс/см Температура суміші °С 2 29,98 586,12 3 * Витрата суміші наведено для вхідного потоку природного газу 1000 нм /год. 5 10 15 У перерахунку по сухому газу концентрація водню, що міститься в метанводневій суміші на виході з каталітичного реактора 17, у відсотковому відношенні складає близько 40%. Величину тиску в потоках парометановодневої суміші 4 і водяної пари високого тиску 20 підтримують в діапазоні 2,0÷8,0 МПа, максимально наближаючи її до величини тиску на вході в газову турбіну 6. Каталітичний реактор 17 в установці 12 може бути розділений на два реактори, при цьому реформування метану метанмісткої парогазової суміші 16 в першому і другому каталітичних реакторах ведуть по черзі, без підведення теплової енергії та на однотипному каталізаторі, обраному з ряду, що включає метали: нікель, залізо, платина, паладій, іридій або їх сполуки. Сегментований брикет каталізатора, що містить тугоплавкі сполуки важких металів, поглинаючих теплові нейтрони, захищений від механічного впливу розплаву. Каркас сегментованого брикету в перерізі має форму шестерні. Для підвищення продуктивності каталітичного реактора 17 вихідний природний газ 13 попередньо очищають від сполук сірки. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 20 1. Спосіб роботи газотурбінної установки, що передбачає подачу в камеру згоряння стисненого повітря парометанводневої суміші, розширення продуктів її згоряння в газовій турбіні, охолодження шляхом випаровування або перегріву водяної пари, що направляється в газотурбінну установку, де природний газ, що надходить, змішують з водяною парою високого 6 UA 111423 C2 5 10 15 20 25 30 тиску з отриманням метанвмісної парогазової суміші, яку нагрівають потоком зазначених продуктів згоряння в теплообміннику, пропускають через каталітичний реактор реформування метану з утворенням на виході парометанводневої суміші, що подається в камеру згоряння газотурбінної установки, який відрізняється тим, що підвищують температуру теплообмінних процесів газотурбінної установки шляхом додаткового спалювання палива в потоці продуктів згоряння парометанводневої суміші, що відбирається на виході з додатковою вільної силової газової турбіни, а перед подачею в камеру згоряння парометанводневої суміші її попередньо охолоджують до температури, що не перевищує температурний діапазон 200240 °C, з одночасною частковою конденсацією водяної пари, конденсат відокремлюють, випаровують і витрачають при підготовці метанвмісної парогазової суміші і водяної пари низького тиску, який пропускають через додаткову вільну силову газову турбіну. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що як паливо, що спалюється в потоці продуктів згоряння парометанводневої суміші, використовують метан або природний газ, або парометанводневу суміш. 3. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що нагрівання метанвмісної парогазової суміші в теплообміннику ведуть до температури в діапазоні 600640 °C. 4. Газотурбінна установка, що включає пристрій для отримання парометанводневої суміші, що спалюється в камері згоряння її газогенератора, утвореного послідовно з'єднаними між собою компресором повітря, камерою згоряння і газовою турбіною, сполученою з пристроєм для отримання парометанводневої суміші за допомогою теплообмінника, підключеного по стороні, що нагрівається, до входу в каталітичний реактор реформування метану, вихід якого з'єднаний з камерою згоряння газогенератора, по стороні, що гріє, теплообмінника встановлений парогенератор, підключений по парі до входу в змішувач, з'єднаний з підведенням природного газу, вхід парогенератора підключений до джерела конденсату водяної пари, яка відрізняється тим, що в газогенераторі після газової турбіни послідовно встановлені додаткова вільна силова газова турбіна з навантаженням і допалювач продуктів згоряння парометанводневої суміші, підключений виходом до входу в теплообмінник, а входом - до виходу додаткової вільної силової газової турбіни, остання під'єднана входом по парі низького тиску до виходу парогенератора. 5. Пристрій за п. 4, який відрізняється тим, що парогенератор встановлений паралельно допалювачу і теплообміннику. 6. Пристрій за п. 4 або п. 5, який відрізняється тим, що додатковим джерелом конденсату водяної пари служить парометанводнева суміш, що охолоджується на виході з каталітичного реактора. 7 UA 111423 C2 Комп’ютерна верстка О. Гергіль Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 8