[发明专利]利用蒸汽重整反应的燃气轮机涡轮叶片冷却系统和方法

说明书

本发明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。

技术领域

本发明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。

背景技术

燃气轮机(Gas Turbine)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。

发明内容

鉴于现有技术中存在的技术缺陷和技术弊端，本发明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。

作为本发明实施例的一个方面，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；