燃气涡轮设备的操作模式提供了将压缩空气和蒸汽甲烷-氢混合物供应至燃烧室、通过被引入至燃气涡轮设备的水蒸气的蒸发或过热的方式而进行冷却，在燃气涡轮设备中，供应的天然气与高压水蒸汽混合，获得由热交换器中的上述燃烧产物流加热的甲烷蒸汽-燃气混合物；然后其经过用于甲烷重整的催化反应器，在输出端生成蒸汽-甲烷-氢混合物，其被供应到燃气涡轮设备的燃烧室；其特征在于，燃气涡轮设备的热交换处理的温度通过由辅助的自由工作燃气涡轮的输出端移出的蒸汽-甲烷-氢混合物后燃烧流中的补充燃料燃烧的方式来增加，并且在蒸汽-甲烷-氢混合物被供应到燃烧室之前，其预先被冷却至在200～240℃的温度范围内的温度，同时不同程度地冷凝水蒸气；将冷凝物分离、蒸发以及应用于制备甲烷蒸汽-燃气混合物和低压水蒸气，其经过辅助的自由工作燃气涡轮。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】本专利技术技术涉及用于发电操作的燃气涡轮装置，或用作车辆和长距离燃气输送管压缩机的驱动的燃气涡轮装置，特别是涉及应用于发电和输送目的的燃气涡轮装置(GTU)的操作模式，其特征在于低燃料消耗和废气热回收。使用天然气作为燃气涡轮燃料已经促进了如下技术的发展，即通过燃气涡轮(GT)装置与蒸汽涡轮(ST)的结合以及混合有蒸汽的天然气燃烧方法来提高燃气涡轮(GT)装置的效率。本专利技术技术还包括全新的燃气涡轮装置GTU的设计，其特征在于显著减少消费的电力以及减少因用于GT/ST进料目的的烃燃气蒸汽混合物的化学转化而导致的排放物。现有技术包括用于提高联合的循环燃气涡轮(CCGT)装置的效率的方法，其提供将水注入压缩机流路、在热回收蒸汽发生器(HRSG)中进行GT废气热回收、在直接接触式冷凝器内冷凝来自GT工作介质的蒸汽、以及在1.05-1.1过量空气下在燃烧室内进行燃料燃烧。GT入口的工作介质温度是由蒸汽供给控制，所述蒸汽供给是从HRSG至完全燃烧/燃烧室之一以及在CCGT内与GT结合的ST的再生性渗出的蒸汽供给；或者在其单独的操作模式时，所述蒸汽供应是从CCGT循环设置内的蒸汽发生器供应的(2006年7月10日的俄罗斯申请No.2005102152)。为了实施上述方法，CCGT装置包括主要的燃烧空气压缩机、与GT结合的ST、供给GT废气的HRSG、用于蒸汽冷凝的直接接触式冷凝器以及确保CCGT装置独立操作的蒸汽发生器。所述方法及装置的缺点在于ST和GT的结合使用使整个CCGT装置操作更加复杂和昂贵。现有技术还包括装备有用于先进的热回收和排放物降低的综合系统的GTU的操作模式和设计(2003年1月20日的俄罗斯申请No.2000131473)。这样的装置的操作模式提供将空气压缩和供应至燃烧室、在燃烧室内燃气燃料燃烧而将燃烧区中的过量空气因子减少至1.02-1.05以及在液体燃料时减少至1.05-1.10、GT内燃烧产物膨胀、在涡轮机下游未燃烧的燃料烧尽、将水注入压缩机和燃烧室。俄罗斯申请No.2000131473中的燃气涡轮装置(GTU)设计包括压缩机和带有在GTU空气/燃气回路内串联连接的燃气进气管道的燃烧室、与压缩机和发电机机械连接的燃气涡轮(GT)、带有热载体入口和出口管道的增压节能装置、与发电机和向致冷用户供给气体的供给气体机械连接的燃烧产物透平膨胀机、带有入口/出口燃料管线和加热管道的回收燃料加热器。下述设备系被安装在GT下游于燃气回路内：节能装置或蒸汽发生器、表面或接触面冷凝器以及干燥器、表面气体-水换热器、消音器和被安装在透平膨胀机下游的烟筒。压缩机通过沿着入气口回路串联设置的过滤器、表面或接触面气体-水热交换器和消音器而与吸气管连接。上述操作模式和装置的特征还在于，因GT流路中缺少过量的空气和工作介质流量的减少而导致的低效率。从现有技术可知，联合循环燃气涡轮(CCGT)装置的操作是基于所谓的STIG(蒸汽喷射燃气涡轮)循环，由此蒸汽被直接注入至GT燃烧室。在此循环中，由废热交换器所产生的所有蒸汽被供应至GT燃烧室，然后所生成的蒸汽/燃气混合物在GT内膨胀，并且在经过废热交换器后被排放到大气中。将蒸汽喷射至涡轮流路内可以在不提高涡轮上游的燃气温度的情况下使功率增加60-70％，效率增加大约25％(相对值)。STIG循环的缺点在于回路水的完全损失。本专利技术技术的原型是燃气涡轮装置(GTU)操作模式(2012年11月20日的俄罗斯专利No.2467187)，其提供将压缩空气和基于甲烷的蒸汽/燃气混合物供应至燃烧室、在GT中膨胀燃烧产物、通过蒸发或再加热高压(HP)蒸汽来降低燃烧产物过热、冷凝燃烧产物中所包含的低压蒸汽、蒸发和再加热被供应到GTU的高压蒸汽中所获得的冷凝物，其中，新加入的天然气连续地与高压蒸汽混合，通过基于甲烷的蒸汽/燃气混合体的燃烧产物在第一热交换器中被加热，经过用于生产然后在第二热交换器中被加热的基于甲烷的蒸汽/燃气混合物的催化反应器，经过第二催化反应器且被供应到燃烧室。甲烷催化转化产物是基于甲烷的燃气，其特征在于1-5％或超过20％的氢含量。在上述模式中操作的装置具有如下设计：由空气压缩机、然烧室和在下游安装了蒸汽/燃气混合物热交换器的涡轮机组成的燃气发生器系，其中，所述热交换器在加热侧与甲烷催化反应器入口连接，所述热交换器的出口在其加热侧与燃烧室连接。在热交换器下游且在其加热侧是蒸汽发生器，其蒸汽回路与蒸汽/燃气混合物联管箱入口连接。联管箱入口与天然气源连接，其出口与热交换器入口在加热侧连接。从俄罗斯专利No.2467187可知的GTU操作模式和设计允许仅部分消除上述技术的缺点而未能达到消费燃料的高能源效率。另一缺点是提高装置输出的能力有限，这是因为在涡轮机的上游工作介质参数对其能力的影响。在开发本专利技术操作模式期间所解决的技术问题是确保GTU的操作不包括上述缺点并且实现最大限度地减少消费的能源和排放物。与开发上述装置设计有关而解决的问题是生产新型的燃气装置，其特征在于更简单的设计以及更高效的输出和效率，这是由于化学再生废燃气热量以用于天然气的蒸汽催化转化以及在GTU燃气发生器中生产甲烷/氢或蒸汽/甲烷/氢(SMH)混合物而获得的结果。由本专利技术的GTU设计的开发所实现的技术成果与其原型相比，通过更完全地回收废弃燃烧产物能量而提高了性能。在开发本专利技术的GTU操作模式时所实现的有益效果是，降低了温度并且降低了4-8倍氮氧化物(NOx)排放，减少了14.8％的天然气消耗量并且提高了效率3.41％(绝对值)。基于已知的GTU操作模式，解决了与装置操作相关的问题，已知的GTU操作模式提供将压缩的空气和SMH混合物供应至燃烧室内、在GT中膨胀SMX燃烧产物、通过蒸发或再加热供应到GTU的蒸汽来降低其过热，其中，新加入的天然气与高压蒸汽混合，生成基于甲烷的蒸汽/燃气混合物，该混合物在热交换器内被所述的燃烧产物流加热，并且经过催化反应器以使甲烷转化，从而进一步生成被供应到GTU燃烧室的SMH混合物。根据本专利技术的模式，通过在辅助功率GT(ancillarypowerGT)出口排出的SMH混合物燃烧产物流中的补充燃料燃烧使热交换工艺温度上升。在被供应到燃烧室之前，SMH混合物的过热将被降低至200～240℃，同时发生蒸汽的部分冷凝和冷凝物的生成。后者将被分离、蒸发以及在生成基于甲烷的蒸汽本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种燃气涡轮装置(GTU)操作模式，提供将压缩空气和蒸汽/甲烷/氢(SMH)混合物供应至燃烧室、使SMX燃烧产物在燃气涡轮(GT)中膨胀、通过蒸发或再加热被供应到GTU的蒸汽使其过热温度降低，其中，新加入的天然气与高压蒸汽混合，导致生成基于甲烷的蒸汽/燃气混合物，基于甲烷的蒸汽/燃气混合物被热交换器中的上述燃烧产物流加热，并且经过用于甲烷转化的催化反应器，进一步生产被供应到GTU燃烧室的SMH混合物，根据所述模式，热交换处理温度通过在辅助的功率GT出口移出的SMH混合物燃烧产物流中的补充燃料燃烧而升高，但在被供应到燃烧室之前，SMH混合物被降低过热温度至200～240℃，同时发生其蒸汽的部分冷凝和冷凝物的生成，所述冷凝物被分离、被蒸发以及在生产基于甲烷的蒸汽/燃气混合物和然后通过辅助的功率GT的低压蒸汽时被消耗。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.11.07 RU 20131494031.一种燃气涡轮装置(GTU)操作模式，提供将压缩空气和蒸汽/甲烷/
氢(SMH)混合物供应至燃烧室、使SMX燃烧产物在燃气涡轮(GT)中膨
胀、通过蒸发或再加热被供应到GTU的蒸汽使其过热温度降低，其中，新加
入的天然气与高压蒸汽混合，导致生成基于甲烷的蒸汽/燃气混合物，基于甲
烷的蒸汽/燃气混合物被热交换器中的上述燃烧产物流加热，并且经过用于甲
烷转化的催化反应器，进一步生产被供应到GTU燃烧室的SMH混合物，根
据所述模式，热交换处理温度通过在辅助的功率GT出口移出的SMH混合物
燃烧产物流中的补充燃料燃烧而升高，但在被供应到燃烧室之前，SMH混合
物被降低过热温度至200～240℃，同时发生其蒸汽的部分冷凝和冷凝物的生
成，所述冷凝物被分离、被蒸发以及在生产基于甲烷的蒸汽/燃气混合物和然
后通过辅助的功率GT的低压蒸汽时被消耗。
2.根据权利要求1所述的操作模式，其中，甲烷、天然气或SMH混合
物可以用作为在SMH燃烧产物流中燃烧的燃料。
3.根据权利要求1所述的...
【专利技术属性】
技术研发人员：奥列格·叶夫根耶维奇·阿克修丁，尤里·谢尔盖耶维奇·叶利谢夫，亚历山大·加弗里洛维奇·伊什科夫，瓦拉兹达特·阿玛亚科维奇·卡扎良，米哈伊尔·弗拉基米罗维奇·克雷奇科夫，维塔利·西尔韦斯特罗维奇·佩特罗夫，阿纳托利·亚科夫列维奇·斯托利亚夫斯基，迪米特里·根纳季耶维奇·费多尔琴科，瓦列里·根纳季耶维奇·赫洛浦索夫，
申请(专利权)人：俄罗斯天然气工业公开股份公司，
类型：发明
国别省市：俄罗斯;RU
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