利用蒸汽重整反应的燃气轮机涡轮叶片冷却系统和方法技术方案

本发明专利技术公开一种利用蒸汽重整反应的燃气轮机涡轮叶片冷却系统和方法及燃气轮机，该系统，包括：涡轮叶片的冷却通道、燃料回热器、水回热器和混合回热器；混合回热器的进料口分别连接燃料回热器的出燃料口和水回热器的出水口；混合回热器的出料口连接涡轮叶片的冷却通道的进口；涡轮叶片的冷却通道的内壁涂覆有蒸汽重整催化剂；燃料回热器，用于将碳氢燃料加热气化得到气相状态的碳氢燃料，并通入混合回热器；水回热器用于将水进行气化得到水蒸气，并通入混合回热器；混合回热器，用于将通入的气相状态的碳氢燃料和水蒸气混合加热后，通入涡轮叶片的冷却通道。利用碳氢燃料在涡轮叶片的冷却通道内进行反应吸热，提升涡轮叶片的冷却效果。

【技术实现步骤摘要】
利用蒸汽重整反应的燃气轮机涡轮叶片冷却系统和方法
本专利技术涉及一种利用蒸汽重整反应的燃气轮机涡轮叶片冷却系统和方法及燃气轮机。
技术介绍
燃气轮机(GasTurbine)是以连续流动的气体为工质带动叶轮高速旋转，将燃料的能量转变为有用功的内燃式动力机械。燃气轮机因其质量轻、体积小的特点，应用十分广泛。燃气轮机的工作过程为压气机连续地从大气中吸入空气并将其压缩；压缩后的空气进入燃烧室，与喷入的燃料混合后燃烧，成为高温气体，随即流入燃气涡轮中膨胀做功，推动涡轮叶轮带着压气机叶轮一起旋转；加热后的高温燃气的做功能力显著提高，因而燃气轮机在带动压气机的同时，尚有余功作为燃气轮机的输出机械功。燃气轮机由静止起动时，需用起动机带着旋转，待加速到能独立运行后，起动机才脱开。燃气轮机的工作过程中燃烧室和涡轮不仅工作温度高，而且在起动和停机时还承受因温度剧烈变化引起的热冲击。因此，恶劣的工作条件，严重影响燃气轮机的使用寿命，而涡轮叶片是决定燃气轮机寿命的关键部件。并且，燃气轮机的未来发展趋势是提高效率，而提高效率的关键是提高燃气初温，即提高涡轮进口温度，然而过高的燃气温度会导致燃气轮机的涡轮叶片工作环境进一步恶化，导致其使用寿命短、稳定性差。为提高涡轮叶片的使用寿命和稳定性，需要对涡轮叶片进行冷却。目前，涡轮叶冷却技术主要是利用冷却空气作为冷却工质进行涡轮叶片内部换热，即在涡轮叶片的冷却通道内通入冷却空气并从叶片外侧吸收热量来降低涡轮叶片的温度，然而随着涡轮进口温度不断上升，空气冷却能力达到上限，已无法满足涡轮叶片冷却的需求。因此，改进涡轮叶片的冷却技术，发展更加高效、可靠的冷却方式是当前亟待解决的技术问题。
技术实现思路
鉴于现有技术中存在的技术缺陷和技术弊端，本专利技术实施例提供克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种利用蒸汽重整反应的燃气轮机涡轮叶片冷却系统和方法及燃气轮机。作为本专利技术实施例的一个方面，涉及一种利用蒸汽重整反应的燃气轮机涡轮叶片冷却系统，包括：涡轮叶片的冷却通道、燃料回热器、水回热器和混合回热器；所述混合回热器的进料口分别连接所述燃料回热器的出燃料口和水回热器的出水口；所述混合回热器的出料口连接所述涡轮叶片的冷却通道的进口；所述涡轮叶片的冷却通道的内壁涂覆有蒸汽重整催化剂；所述燃料回热器，用于将碳氢燃料加热气化得到气相状态的碳氢燃料，并通入所述混合回热器；所述水回热器用于将水进行气化得到水蒸气，并通入所述混合回热器；所述混合回热器，用于将通入的气相状态的碳氢燃料和水蒸气混合加热后，通入所述涡轮叶片的冷却通道。在一个实施例中，所述燃料回热器包括第一换热通道，所述第一换热通道的进热口连接燃气轮机的排气口，用于将所述排气口排出的在涡轮中完成做功的高温废气通入所述第一换热通道；所述水回热器包括第二换热通道，所述第二换热通道的进热口连接燃气轮机的排气口，用于将所述排气口排出的在涡轮中完成做功的高温废气通入所述第二换热通道；所述混合回热器包括第三换热通道，所述第三换热通道的进热口连接燃气轮机的排气口，用于将所述排气口排出的在涡轮中完成做功的高温废气通入所述第三换热通道，和/或，所述第三换热通道的进热口连接所述第一换热通道和第二换热通道的出热口中的至少一个，用于将第一换热通道和/或第二换热通道的出热口排出的高温废气通入所述第三换热通道。在一个实施例中，所述燃气轮机涡轮叶片的冷却通道的出口连接燃气轮机的燃烧室的进口，用于将所述冷却通道内产生的气相状态的碳氢燃料通入燃气轮机的燃烧室内进行燃烧。在一个实施例中，所述涡轮叶片的冷却通道为U型结构。作为本专利技术实施例的第二个方面，涉及一种利用蒸汽重整反应的燃气轮机涡轮叶片冷却方法，包括：将碳氢燃料和水分别进行气化得到气相状态的碳氢燃料和水蒸汽，并将气相状态的碳氢燃料和水蒸气进行混合；将混合后的气相状态的碳氢燃料和水蒸气通入燃气轮机的涡轮叶片的冷却通道；在涡轮叶片的冷却通道的内壁涂覆的蒸汽重整催化剂的作用下气相状态的碳氢燃料和水蒸气进行催化重整反应。在一个实施例中，所述碳氢燃料包括：汽油、柴油、煤油和天然气。在一个实施例中，所述混合后的气相状态的碳氢燃料和水蒸气的比例为8.5：1.5至9：1。在一个实施例中，所述的方法，还包括：在所述涡轮叶片的冷却通道内气相状态的碳氢燃料进行裂解反应；在所述涡轮叶片的冷却通道内产生的碳结焦和水蒸气进行水煤气反应。在一个实施例中，所述的方法，还包括：将所述冷却通道内产生的气相状态的碳氢燃料通入燃气轮机的燃烧室内进行燃烧。作为本专利技术实施例的第三个方面，涉及一种燃气轮机，包括：涡轮、燃料回热器、水回热器、混合回热器、压气机和燃烧室；所述燃烧室分别连接所述压气机和涡轮；所述涡轮的涡轮叶片设置有冷却通道，且所述冷却通道的内壁涂覆有蒸汽重整催化剂；所述混合回热器的进料口分别连接所述燃料回热器的出燃料口和水回热器的出水口；所述混合回热器的出料口连接所述涡轮叶片的冷却通道的进口；所述燃料回热器，用于将碳氢燃料加热气化得到气相状态的碳氢燃料，并通入所述混合回热器；所述水回热器用于将水进行气化得到水蒸气，并通入所述混合回热器；所述混合回热器，用于将通入的气相状态的碳氢燃料和水蒸气混合并加热后，通入所述涡轮叶片的冷却通道。本专利技术实施例至少实现了如下技术效果：本专利技术实施例提供的利用蒸汽重整反应的燃气轮机涡轮叶片冷却系统和方法及燃气轮机，利用燃气轮机的燃料作为冷却剂对燃气轮机的涡轮叶片进行冷却，通过在蒸汽重整催化剂的作用下使混合后的气相状态的燃料和水蒸气在涡轮叶片的冷却通道内进行催化重整反应，生成氢气和一氧化碳，此反应能够吸收涡轮叶片表面大量热，起到冷却的作用，提升涡轮叶片的冷却效果，延长涡轮叶片的使用寿命，增强涡轮叶片的稳定性。并且，在吸热反应过程中，水蒸气能够和附加产物碳结焦进行水煤气反应，有效预防积碳造成冷却通道堵塞的情况，从而保证涡轮叶片的冷却通道的畅通。同时，在催化重整反应过程中，伴随发生燃料的大分子物质的裂解反应，产生氢气和一氧化碳，裂解反应也为吸热反应，在裂解反应过程中同样能够吸收涡轮叶片表面的大量的热量，起到涡轮叶片冷却的作用。本专利技术实施例提供的利用蒸汽重整反应的燃气轮机涡轮叶片冷却系统，催化重整反应和裂解反应过程中产生的氢气和一氧化碳能够通过涡轮叶片的冷却通道的出口输送到燃烧室进行燃烧，吸收的热量能够再次得到释放，通过燃料回收利用，提高燃料的利用效率，避免能源的浪费。本专利技术实施例提供的利用蒸汽重整反应的燃气轮机涡轮叶片冷却系统，通过将涡轮出口的排除的高热的气体通入各加热器的换热通道，对进入系统的碳氢燃料和水进行加热，热量循环使用，提高了能量的利用率，降低了生产成本。本专利技术的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本专利技术而了解。本专利技术的目的和其他本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用蒸汽重整反应的燃气轮机涡轮叶片冷却系统，其特征在于，包括：涡轮叶片的冷却通道、燃料回热器、水回热器和混合回热器；/n所述混合回热器的进料口分别连接所述燃料回热器的出燃料口和水回热器的出水口；/n所述混合回热器的出料口连接所述涡轮叶片的冷却通道的进口；/n所述涡轮叶片的冷却通道的内壁涂覆有蒸汽重整催化剂；/n所述燃料回热器，用于将碳氢燃料加热气化得到气相状态的碳氢燃料，并通入所述混合回热器；/n所述水回热器用于将水进行气化得到水蒸气，并通入所述混合回热器；/n所述混合回热器，用于将通入的气相状态的碳氢燃料和水蒸气混合加热后，通入所述涡轮叶片的冷却通道。/n

【技术特征摘要】
20200410 CN 202010279146X1.一种利用蒸汽重整反应的燃气轮机涡轮叶片冷却系统，其特征在于，包括：涡轮叶片的冷却通道、燃料回热器、水回热器和混合回热器；
所述混合回热器的进料口分别连接所述燃料回热器的出燃料口和水回热器的出水口；
所述混合回热器的出料口连接所述涡轮叶片的冷却通道的进口；
所述涡轮叶片的冷却通道的内壁涂覆有蒸汽重整催化剂；
所述燃料回热器，用于将碳氢燃料加热气化得到气相状态的碳氢燃料，并通入所述混合回热器；
所述水回热器用于将水进行气化得到水蒸气，并通入所述混合回热器；
所述混合回热器，用于将通入的气相状态的碳氢燃料和水蒸气混合加热后，通入所述涡轮叶片的冷却通道。


2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述燃料回热器包括第一换热通道，所述第一换热通道的进热口连接燃气轮机的排气口，用于将所述排气口排出的在涡轮中完成做功的高温废气通入所述第一换热通道；
所述水回热器包括第二换热通道，所述第二换热通道的进热口连接燃气轮机的排气口，用于将所述排气口排出的在涡轮中完成做功的高温废气通入所述第二换热通道；
所述混合回热器包括第三换热通道，所述第三换热通道的进热口连接燃气轮机的排气口，用于将所述排气口排出的在涡轮中完成做功的高温废气通入所述第三换热通道，和/或，所述第三换热通道的进热口连接所述第一换热通道和第二换热通道的出热口中的至少一个，用于将第一换热通道和/或第二换热通道的出热口排出的高温废气通入所述第三换热通道。


3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述燃气轮机涡轮叶片的冷却通道的出口连接燃气轮机的燃烧室的进口，用于将所述冷却通道内产生的气相状态的碳氢燃料通入燃气轮机的燃烧室内进行燃烧。


4.如权利要求1-3任一项所述的系统，其特征在于，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯宇，李的是，唐兆同，曹勇，秦江，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学深圳，
类型：发明
国别省市：广东;44